zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-2-30-36zldm-1156Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLКонтроль теплофизических характеристик строительных материалов адаптивным методом с использованием СВЧ-нагреваControl of the thermophysical characteristics of building materials by the adaptive method using microwave heatingМордасовС. А.MordasovS. A.

Сергей Анатольевич Мордасов

392019, г. Тамбов, Мичуринская ул., д. 331А

Sergej A. Mordasov

331A Michurinskaya ul., Tambov, 392019

НегуляеваА. П.NegulyaevaA. P.

Анастасия Петровна Негуляева

392019, г. Тамбов, Мичуринская ул., д. 331А

Anastasiya P. Negulyaeva

331A Michurinskaya ul., Tambov, 392019

a.negulyaeva@bk.ruЧернышовВ. Н.ChernyshovV. N.

Владимир Николаевич Чернышов

392019, г. Тамбов, Мичуринская ул., д. 331А

Vladimir N. Chernyshov

331A Michurinskaya ul., Tambov, 392019

Тамбовский государственный технический университетРоссияTambov State Technical UniversityRussian Federation2020270220208623036Copyright © Мордасов С.А., Негуляева А.П., Чернышов В.Н., 20202020Мордасов С.А., Негуляева А.П., Чернышов В.Н.Mordasov S.A., Negulyaeva A.P., Chernyshov V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1156

Возросшая последнее время потребность в оперативных средствах контроля теплофизических характеристик строительных материалов, в том числе синтезируемых с помощью наночастиц, обусловлена ростом стоимости энергоресурсов и актуальностью проблемы ресурсосбережения. Цель работы — разработка метода определения теплофизических характеристик (температуро- и теплопроводности) строительных материалов. Предлагаемый метод основан на измерении температуры в отдельных точках поверхности образца, подвергшейся импульсному тепловому воздействию сфокусированного микроволнового излучения заданной мощности. Количество импульсов и их частота адаптивно устанавливаются микропроцессорной информационно-измерительной системой, с помощью которой реализован метод, при достижении температуры в точке контроля заданного значения. Необходимая точность метода обеспечена за счет контроля высоких значений температур, снятия информации в частотно-импульсной форме и прогрева большого объема исследуемого материала. Исследовали образцы таких строительных материалов, как керамзитный бетон, силикатный и красный кирпичи. Полученные данные сравнивали с теплофизическими характеристиками образцов, определенными на поверенных приборах ИТ-λ-400 в лабораторных условиях. Установили, что предлагаемый метод имеет ряд преимуществ перед традиционными подходами и достаточную для теплофизических измерений точность. Это позволяет применять его в различных областях промышленности и строительной теплотехнике.

An increase in the cost of energy resources and urgent character of the problem of resource conservation entailes the necessity of developing means of operational control of the thermophysical characteristics of building materials, including those synthesized using nanoparticles. The goal of the study is developing of the new method for determining the thermophysical characteristics (thermal diffusivity and thermal conductivity) of building materials. The method for determining the thermophysical characteristics proposed in this article consists in measuring the temperature in two points on the sample surface subjected to thermal pulsed impact of focused microwave radiation of the given power. The number of pulses and their frequency are adaptively set by the microprocessor information-measuring system, with which the method is implemented when the temperature is reached at the setpoint control point. To implement the method, a microprocessor information-measuring system is presented. The accuracy of the proposed method is improved by controlling high temperature values, taking information in a pulse-frequency form and heating a large bulk of the material under study. The samples of clay, concrete, silicate and red brick are studied. The data obtained were compared with the results of traceable measurements of the thermophysical characteristics of the samples, using IT-λ-400 devices under laboratory conditions. The experiments showed that the developed method has several advantages compared to other traditional methods and accuracy sufficient for thermophysical measurements. The method can be used in various fields of industry and thermal engineering for construction.

неразрушающий контрольтемпературо- и теплопроводностьмикроволновый нагревстроительная теплотехникамикропроцессорная системаnon-destructive testingthermal diffusivitythermal conductivitymicrowave heatingthermal engineering for constructionmicroprocessor systemReferencesКлюев В. В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. — М.: Машиностроение, 1976. — 182 с.Klyuev V. V. Devices for non-destructive testing of materials and products. Directory. — Moscow: Mashinostroenie, 1976. — 182 p. [in Russian].Чернышов А. В., Иванов Г. Н. Метод неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных теплозащитных покрытий и изделий / Контроль. Диагностика. 2007. № 6(108). С. 50 – 54.Chernyshov A. V., Ivanov G. N. Method of non-destructive testing of thermophysical properties of multilayer heat-shielding coatings and products / Kontrol. Diagn. 2007. N 6(108). P. 50 – 54 [in Russian].Чернышова Т. И., Чернышов В. Н. Методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов. — М.: Машиностроение, 2001. — 240 с.Chernyshova T. I., Chernyshov V. N. Methods and means of non-destructive testing of thermophysical properties of materials. — Moscow: Mashinostroenie, 2001. — 240 p. [in Russian].Головин Ю. И. и др. Новый подход и экспресс-метод определения кинетических теплофизических характеристик материалов / Информационно-сенсорные системы в теплофизических исследованиях: сб. науч. статей. — Тамбов: ТГТУ, 2018. С. 193 – 195.Golovin Yu. I. et al. A new approach and a rapid method for determining the kinetic thermal characteristics of materials / Information-sensory systems in thermophysical research: a collection of scientific articles. — Tambov: TGTU, 2018. P. 193 – 195 [in Russian].Чернышов А. В. Метод неразрушающего контроля теплофизических характеристик многослойных изделий / Контроль. Диагностика. 2003. № 6. С. 40 – 44.Chernyshov A. V. Method of non-destructive testing of thermal characteristics of multilayer products / Kontrol. Diagn. 2003. N 6. P. 40 – 44 [in Russian].Артюхина Е. Л., Пономарев С. В. Технические средства контроля температуропроводности твердых неметаллических материалов / Труды ТГТУ. 2008. № 21. С. 87 – 89.Artyuhina E. L., Ponomarev S. V. Technical means of controlling the thermal diffusivity of solid non-metallic materials / Trudy TGTU. 2008. N 21. P. 87 – 89 [in Russian].Голиков Д. О., Чернышов А. В., Жарикова М. В. Микроволновый метод и измерительная система неразрушающего контроля теплофизических характеристик строительных материалов / Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития: сб. науч. ст. — Тамбов: ТГТУ, 2011. С. 230 – 234.Golikov D. O., Chernyshov A. V., Zharikova M. V. Microwave method and measuring system for non-destructive testing of thermophysical characteristics of building materials / Problems of technological safety and sustainable development: a collection of scientific articles. — Tambov: TGTU, 2011. P. 230 – 234 [in Russian].Чернышов В. Н., Жарикова М. В., Чернышов А. В. Микроволновый метод неразрушающего контроля теплофизических характеристик строительных материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 10. С. 29 – 34. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-10-29-34.Chernyshov V. N., Zharikova M. V., Chernyshov A. V. Microwave method of nondestructive testing of the thermal characteristics of building materials / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2018. Vol. 84. N 10. P. 29 – 34. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-10-29-34.Чернышов В. Н., Чернышова Т. И. Методы и информационно-измерительные системы неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и изделий. — СПб.: Экспертные решения, 2016. — 384 с.Chernyshov V. N., Chernyshova T. I. Methods and information-measuring systems for non-destructive testing of the thermophysical properties of materials and products. — St. Petersburg: Йkspertnye resheniya, 2016. — 384 p. [in Russian].Пономарев С. В., Дивин А. Г. Применение математического моделирования и оптимизации при проектировании и модернизации методов и устройств для теплофизических измерений / Современные методы и средства исследования теплофизических свойств веществ: материалы конференции. — СПб.: ИТМО, 2017. С. 13 – 14.Ponomarev S. V., Divin A. G. Application of mathematical modeling and optimization in the design and modernization of methods and devices for thermophysical measurements / Modern methods and means of studying the thermophysical properties of substances: conference proceedings. — St. Petersburg: ITMO, 2017. P. 13 – 14 [in Russian].Селиванова З. М., Куренков Д. С. Моделирование измерительных сигналов интеллектуальной информационно-измерительной системы дистанционного контроля теплофизических свойств твердых материалов / Информационно-сенсорные системы в теплофизических исследованиях: сб. науч. статей. Т. 1. — Тамбов: ТГТУ, 2018. С. 308 – 311.Selivanova Z. M., Kurenkov D. S. Simulation of measuring signals of an intellectual information-measuring system for remote control of the thermophysical properties of solid materials / Information-sensory systems in thermophysical research: a collection of scientific articles. Vol. 1. — Tambov: TGTU, 2018. P. 308 – 311 [in Russian].Ponomarev S. V., Divin A. G. Mathematical methods of metrology and optimization application in the design and modernization of techniques and devices for thermophysical measurements / 27th International scientific symposium «Metrology and metrology assurance 2017». Proceedings of the symposium. — Sozopol: Technical University of Sofia, 2017. P. 112 – 114.Ponomarev S. V., Divin A. G. Mathematical methods of metrology and optimization application in the design and modernization of techniques and devices for thermophysical measurements / 27th International scientific symposium «Metrology and metrology assurance 2017». Proceedings of the symposium. — Sozopol: Technical University of Sofia, 2017. P. 112 – 114.Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот. — М.: Энергия, 1968. — 312 с.Pyushner G. Heating energy ultra-high frequency. — Moscow: Йnergiya, 1968. — 312 p. [in Russian].Пат. 2399911 РФ, МПК G 01 N 25/18. Способ определения теплофизических характеристик строительных материалов (варианты) / Чернышов В. Н., Голиков Д. О., Чернышов А. В.; заявитель и патентообладатель ТГТУ. — № 2008145926/28; заявл. 20.11.2008; опубл. 20.09.2010, Бюл. № 26.Pat. 2399911 RF, IPC G 01 N 25/18. Method for deter-mining the thermal characteristics of building materials (options) / Chernyshov V. N., Golikov D. O., Chernyshov A. V.; applicant and patent holder TSTU. — N 2008145926/28; appl. 20.11.2008; publ. 20.09.2010. Byull. N 26.Лыков А. В. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. — 599 с.Lykov A. V. Theory of heat conduction. — Moscow: Vysshaya shkola, 1967. — 599 p. [in Russian].Франчук А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. — М.: НИИ строительной физики, 1969 г. — 144 с.Franchuk A. U. Tables of heat engineering indicators of building materials. — Moscow: NII Stroitel’noi fiziki, 1969. — 144 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.