Патентный поиск и оценка объекта промышленной собственности». Объект: Способ определения теплофизических свойств многослойных изделий

Сущность  разработанного метода заключается в следующем. Над исследуемым двухслойным изделием 1 вначале с одной стороны помещают точечный источник тепловой энергии 2 и два термоприемника 3 и 4, сфокусированных на поверхность, подверженную тепловому воздействию (рисунок  2). В качестве точечного источника тепловой энергии используется лазер, сфокусированный на поверхность исследуемого образца. Источник  энергии 2 и термоприемник 3 жестко связаны друг с другом и представляют собой измерительный зонд [6].

Термоприемники, установленные на высоте z от поверхности исследуемого образца, жестко связаны соответственно с экранами 5 и 6, расположенными с зазорами от поверхности образца на высоте z0. Термоприемник 3 установлен от источника 2 на расстоянии R1, при котором с учетом экрана 5, расположенного от поверхности образца на высоте z0, обеспечивается отсутствие влияния источника энергии на результаты измерений температуры из-за прямого воздействия на термоприемник частично отраженного от поверхности исследуемого объекта лазерного луча. Перемещение термоприемника 4 осуществляется по оси x, а термоприемника 3 – по параллельной ей прямой А [6].

Рисунок 2 − Схема расположения источника  теплового излучения и термоприемников в бесконтактном методе НК ТФС многослойных конструкций [6].

 

Вначале перемещают термоприемник 4 над исследуемым образцом и измеряют им температуру на поверхности исследуемого объекта. Синхронно с этим, используя высокоточный электрический термометр, измеряют температуру окружающей среды. В результате этого, используя отношение средней температуры, измеренной термоприемником на поверхности объекта, к средней температуре окружающей среды, определяется коэффициент k, учитывающий значения степени черноты ε поверхности исследуемого образца и прозрачности β окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и приемно-излучательные блоки измерительной системы [6].

Для повышения  в первую очередь оперативности  и производительности контроля ТФС  многослойных (трехслойных) строительных конструкций предлагается  комбинированный  подход, в котором ТФС наружных слоев определяются бесконтактным  нестационарным методом, а ТФС внутреннего  слоя – контактным методом с использованием квазистационарного теплового режима.

Разработан  комбинированный метод НК ТФС  трехслойных строительных конструкций, сущность которого состоит в следующем. На каждую из наружных поверхностей многослойной конструкции (рисунок 3) устанавливаются  по одному зонду, в плоскости контакта первого из которых расположены  дисковый нагреватель ДН, а также  термопара Тп1, помещенная в центр контактной плоскости дискового нагревателя [7].

В плоскости  контакта второго термозонда расположены датчик теплового потока Tq, а в центре круга датчика теплового потока вмонтирована вторая термопара Тп2. Дополнительно устанавливают над наружной поверхностью точечный источник  тепловой энергии (лазер) и термоприемник, сфокусированный на поверхность, подверженную тепловому воздействию, и регистрирующий температуру этой поверхности по ее электромагнитному излучению [7].

Нагреватель и термопары как первого, так и второго зондов закрыты по внешней от контактной плоскости стороне теплоизоляционным материалом типа рипора или асбеста, обеспечивая направленное движение тепловых потоков на наружную поверхность конструкции и препятствуя теплообмену в других направлениях, тем самым обеспечивая реализацию адиабатического режима нагрева [7].

 

 

Рисунок 3 −  Схема расположения источников и  термоприемников в комбинированном методе НК ТФС трехслойных строительных конструкций [7].

 

Основным  преимуществом разработанного метода по сравнению с известными является повышение оперативности контроля трехслойных изделий за счет использования комбинации контактного и бесконтактного тепловых воздействий на исследуемый объект. Оперативность контроля обусловлена тем, что при определении ТФС наружных слоев трехслойного изделия используется бесконтактный метод измерения параметров теплофизического эксперимента [7].

Кроме того, при бесконтактном определении  ТФС наружных слоев изделий исключается  из результатов измерений погрешность  от влияния контактных термосопротивлений, величина которых, как показывает практика теплофизических измерений, составляет не менее 15 – 25 %, носит случайный характер, зависит от многих параметров контактирующих тел, поэтому практически не может быть учтена путем введения поправок или коррекцией результатов измерений. Сканирование над большими участками исследуемых наружных слоев измерительным зондом, состоящем из лазерного источника тепла и термоприемника, позволяет получить значительно большее чем в известных методах количество информации об объекте исследования, что существенно повышает достоверность и точность результатов измерения искомых ТФС [7].

Существенным  преимуществом разработанного комбинированного метода НК ТФС трехслойных изделий  является использование адаптивных процедур при оптимизации энергетических параметров теплофизического эксперимента, что, во-первых, исключает возможность  разрушения исследуемых объектов из-за нагрева их до температур плавления, горения и т.д., во-вторых, повышает точность и достоверность искомых ТФС [7].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение классификационных индексов по МПК

 

Определение разделов, классов, подклассов, групп и подгрупп МПК (8

 

Раздел МПК – Раздел G – Физика.

 

G01N - Исследование или  анализ материалов путем определения  их химических или физических  свойств (разделение материалов  вообще  B 01D, B 01J, B 03, B 07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например  B 01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов  C 12M, C 12Q; исследование грунта основания на стройплощадке  E 02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов  F 01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см.  G 01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание или определение свойств конструкций  G 01M; измерение или исследование электрических или магнитных свойств материалов  G 01R; системы вообще для определения расстояния, скорости или наличия с использованием эффектов распространения, например эффекта Доплера, измерение времени распространения отраженных или переизлученных радиоволн; аналогичные устройства с использованием других волн  G 01S; определение чувствительности, зернистости или плотности фотографических материалов  G 03C 5/02; испытание составных частей ядерных реакторов  G 21C 17/00)

 

 

G01N 25/00

Исследование или анализ материалов с помощью тепловых средств ( 3/00 - 23/00 имеют преимущество)

G01N 25/02   .исследование фазовых изменений;  исследование процесса спекания G01N 25/04   ..точки плавления; точки замерзания; температуры размягчения G01N 25/06   ...анализ путем измерения изменения  точки замерзания G01N 25/08   ..точки кипения G01N 25/10   ...анализ путем измерения изменений  точки кипения G01N 25/12   ..критической точки; прочих фазовых  изменений G01N 25/14   .с помощью перегонки, экстрагирования,  возгонки, конденсации, замораживания  или кристаллизации ( 25/02 имеет преимущество) G01N 25/16   .путем определения коэффициента  теплового расширения G01N 25/18   .путем определения коэффициента  теплопроводности (с помощью калориметрических  измерений  25/20; путем измерения сопротивления электрически нагреваемого тела  27/18) G01N 25/20   .с помощью калориметрических  измерений, например путем измерения  теплоемкости или теплопроводности G01N 25/22   ..при сгорании или каталитическом  окислении, например компонентов  газовых смесей G01N 25/24   ...с использованием камер сгорания, например для микроанализа G01N 25/26   ...с использованием горения в  кислороде под давлением, например  в калориметрической бомбе G01N 25/28   ...с непосредственным измерением  роста температуры газов в  течение процесса горения G01N 25/30   ....с помощью электрических элементов,  реагирующих на изменение температуры G01N 25/32   .....термоэлементов G01N 25/34   ....с помощью механических элементов,  реагирующих на изменение температуры,  например биметаллических G01N 25/36   .....определение состава газовых  смесей G01N 25/38   ....при плавлении или сгорании  твердого тела G01N 25/40   ...с непосредственной передачей  выделяемого тепла в текучей  среде G01N 25/42   ....непрерывной передачей G01N 25/44   ...с непосредственной передачей  выделяемого тепла заданному  количеству жидкости или газа G01N 25/46   ....определение состава газовой  смеси G01N 25/48   ..при растворении, сорбции или  химических реакциях, кроме сгорания  или каталитического окисления G01N 25/50   .путем определения температуры  воспламенения; путем определения  взрывчатых свойств G01N 25/52   ..температуры воспламенения жидкостей  или газов G01N 25/54   ..взрывчатых свойств G01N 25/56   .путем определения влагосодержания G01N 25/58   ..измерением изменения свойств  материалов под воздействием  тепла, холода или расширения G01N 25/60   ...определение влажности пара G01N 25/62   ..с помощью психрометрических  средств, например термометров  с влажными и сухими шариками G01N 25/64   ...с использованием теплочувствительных  электрических элементов G01N 25/66   ..путем определения точки росы G01N 25/68   ...изменением температуры поверхности  осаждения G01N 25/70   ...изменением температуры материала,  например с помощью сжатия или расширения G01N 25/72   .обнаружение локальных дефектов (путем определения коэффициента  теплопроводности  25/18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Регламент патентного поиска

 

Таблица 3.1 –  Регламент патентного поиска

 

№	Предмет	Ретро- спектива	Источник информации		Страна	Класси- фикаци- оные ин- дексы
			Наименование	Местона-хождение
1	2	3	4		5	6
1	Физика	1970−2013	http://www1.fips.ru Бюллетень изобретений: «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки»	Библиотека ТГТУ	СССР, РФ	G
2	Измерение; испытание					G01
3	Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (измерение  или испытание с помощью ферментов  или микроорганизмов  C12M, C12Q)					G01N
4	Исследование или анализ материалов с помощью тепловых средств путем определения коэффициента теплопроводности					25/18

 

 

 

 

 

4 Научная и техническая литература  по теме

 

Таблица 4.1 – Научная и техническая  литература по теме.

№ п/п	Автор	Наименование литературы	Место и год издания
1	В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев	Неразрушающий контроль и диагностика	Москва, Машиностроение, 2005.
2	А.В. Чернышов, Э.В. Сысоев, В.Н. Чернышов, Г.Н. Иванов, А.В.	Неразрушающий контроль теплозащитных  свойств многослойных строительных изделий	Москва,  Машиностроение, 2007
3	В.А. Кудинов, Э.М. Карташов,  В.В. Калашников	Аналитические решения задач тепломассопереноса и термоупругости для многослойных конструкций	Москва, Высшая школа, 2005
4	В.А. Кудинов, Б.В. Аверин, Е.В. Стефанюк, Э.М. Карташов	Теплопроводность и термоупругость в многослойных конструкциях.	Москва, Высшая школа, 2008
5	Н.П. Жуков  Н.Ф. Майникова	Многомодельные методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и изделий	Тамбов, ТГТУ 2004
6	В.М.Фокин,  А.В. Ковылин, В.Н. Чернышов	Энергоэффективные методы определения теплофизических свойств строительных материалов и изделий	Москва, «Спектр» 2011
7	Э.В. Сысоев,  Р.В. Попов	Метрологическое обеспечение метода бесконтактного неразрушающего контроля ТФС твердых материалов	Тамбов, ТГТУ 2004
8	А.И. Савватимский	Экспериментальное определение физических свойств веществ при микросекундном нагреве импульсом электрического тока	Москва, 2005
9	В.Н. Луканина	Теплотехника	Москва, Высшая школа, 2002
10	В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев	Неразрушающий контроль и диагностика: справочник	Москва: Машиностроение, 2005