Действующий
Проводят испытания нескольких теплоизоляционных материалов с известными теплофизическими характеристиками, вычисляют значение теплопроводности лямбда, представляя ее в виде рабочей области экспериментального массива, установленной в зависимости от плотности исследуемого материала (рисунок Д.1).
При отклонении полученных результатов от значения теплопроводности, указанного в паспорте образцовой меры, более 7% следует провести повторную градуировку измерительного комплекса.
Пример обработки экспериментальных данных при определении теплопроводности образцов пенобетона плотностью 400 кг/м3 и пенополистирола плотностью 150 кг/м3
Полученные экспериментальные массивы представляют собой следующие последовательности значений электрического сигнала, пропорционального температуре на поверхности исследуемого образца:
для пенобетона - 102, -102, -102, 583, 608, 499, 418, 363, 322, 290, 260, 237, 218, 200, 185, 173, 162, 150, 139, 128, 119, 110, 102, 94, 86, 79, 73, 67, 61, 55, 50, 45, 41, ...
для пенополистирола - 50, -49, -50, 869, 975, 790, 678, 601, 544, 500, 463, 431, 402, 380, 359, 339, 322, 307, 290, 279, 269, 257, 246, 235, 216, 207, 199, 191, 183, 176, 169, 162, 156, 150, 144, 139, 134, 129, 124, 121, ...
Для вычисления теплопроводности исследуемых материалов каждому элементу массива, начиная с момента подачи импульса, присваивают порядковый номер (n) и вычисляют алгебраическую разность (x) показаний прибора до (-102) и после подачи импульса (583, 608, 499, и т.д.). Указанные величины приведены в таблицах E1 и Е2.
Учитывая, что границы зоны стабильных значений теплопроводности для пенобетона плотностью 400 кг/м3 (согласно рисунку Д.1) лежат в пределах 14-30, по предложенной методике в качестве расчетных принимают две пары точек экспериментального массива: n_1 = 14, х_1 = 264 и n_2 = 28, x_2 = 152 (отмечены в таблице E1 знаком *); а также n_1 = 15, x_1 = 252 и n_2 = 30, x_2 = 143 (отмечены в таблице Е1 знаком **). Для пенополистирола расчетной является одна пара точек n_1 = 18, x_1 = 319 и n_2 = 36, x_2 = 179 (помечены в таблице E2 знаком *).
градуировочные коэффициенты C_Q = 310000, b_R = 115, С_R = 1,154 x 10(-5), С_R/a_э = -48, полученные для измерительного комплекса НИИСФ, вычисляют значения теплопроводности:
а) пенобетона - для первой пары точек лямбда = 0,10 Вт/(м x К), для второй пары точек лямбда = 0,10 Вт/(м х К);
Для графической обработки результатов испытаний в координатах х и n строят фрагменты экспериментального массива (рисунок И.1) и находят точку пересечения экспериментальной кривой с характеристической прямой р. Длину полученного на прямой р отрезка от оси абсцисс до точки пересечения с экспериментальной кривой откладывают по оси абсцисс рисунка И.2, восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой лямбда = f(р) и на оси ординат находят значение.
Две характеристические линии р и лямбда = f(р) (рисунки И.1 и И.2) получают экспериментальным путем на группе материалов (не менее пяти) с известными значениями теплопроводности.
В координатах x и n строят для каждого материала соответствующий экспериментальный массив x = f_i(n), находят границы области стабильности согласно рисунка Д.1 и проводят в этой области секущую характеристическую прямую р.
Затем в координатах лямбда и р строят характеристическую линию лямбда = f(р) (рисунок И.2), откладывая по оси абсцисс длины отрезков (рисунок И.1) от точки пересечения О секущей р с осью абсцисс до точки пересечения р с кривой х = f_i(n) для каждого материала, а по оси А - соответствующее известное значение теплопроводности этого материала.
Таблицы Е.1 и Е.2 результатов первичной обработки экспериментальных данных содержат величины x корень n с целью иллюстрации методики градуировки измерительного комплекса, когда в полученных массивах выделяют области, где выполняется условие х корень n = const. Из таблиц следует, что условие x корень n = const выполняется на участке массива n = 3, 4, 5 для пенобетона и на участке n = 3, 4, 5, 6, 7 для пенонолистирола
Чтобы воспользоваться формулами (Д.1) и (Д.2), находят тепловые активности материалов образцов по формуле (Д.3), при этом для пенобетона с_р = 840 х 400 Дж/(м3 х К), b_1 = 183 Дж/(м2 x с(1/2) x К); для пенополистирола c_р = 840 x 150 Дж/(м3 x К), b_2 = 198 Дж/(м2 x с(1/2) x К)
По формуле (Д.4) для пенополистирола вычисляют С_R/a_э по всему массиву, учитывая, что на интервале 18 < n < 36 эта величина сохраняет стабильные значения:
Приняв (C_R/a_э)среднее = -48, можно рассчитать С_R по формуле (Д.5), пользуясь экспериментальным массивом, полученным на образце пенобетона, при этом его температуропроводность составляет а = 0,1/(840 x 400) м2/с.
Рассчитываемые градуировочные коэффициенты сохраняют стабильные значения на участках 18 < n < 36 для пенополистирола и 14 < n < 30 - для пенобетона. За пределами указанных границ отклонение значений градуировочных коэффициентов от среднего значения превышает статистически допустимые отклонения, что может сказаться на результатах расчета теплопроводности, поэтому при вычислении лямбда при выборе точек экспериментального массива рекомендуется придерживаться области стабильности, приведенной на рисунке Д.1, однако и за пределами указанных границ могут быть получены удовлетворительные результаты.
Полученные таким образом градуировочные коэффициенты можно откорректировать, проведя серию испытаний нескольких теплоизоляционных материалов различной плотности с известными теплофизическими характеристиками, а также выявить область стабильных значений лямбда, представив ее в виде графической зависимости верхней и нижней границы области экспериментального массива, полученного для каждого из материалов, от его плотности (рисунок Д.1).