Контроль теплофизических характеристик строительных материалов адаптивным методом с использованием СВЧ-нагрева

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.

неразрушающий контроль, температуро- и теплопроводность, микроволновый нагрев, строительная теплотехника, микропроцессорная система

1. Клюев В. В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. — М.: Машиностроение, 1976. — 182 с.

2. Чернышов А. В., Иванов Г. Н. Метод неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных теплозащитных покрытий и изделий / Контроль. Диагностика. 2007. № 6(108). С. 50 – 54.

3. Чернышова Т. И., Чернышов В. Н. Методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов. — М.: Машиностроение, 2001. — 240 с.

4. 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.

5. Чернышов А. В. Метод неразрушающего контроля теплофизических характеристик многослойных изделий / Контроль. Диагностика. 2003. № 6. С. 40 – 44.

6. Артюхина Е. Л., Пономарев С. В. Технические средства контроля температуропроводности твердых неметаллических материалов / Труды ТГТУ. 2008. № 21. С. 87 – 89.

7. 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.

8. 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.

9. Чернышов В. Н., Чернышова Т. И. Методы и информационно-измерительные системы неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и изделий. — СПб.: Экспертные решения, 2016. — 384 с.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот. — М.: Энергия, 1968. — 312 с.

14. 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.

15. Лыков А. В. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. — 599 с.

16. Франчук А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. — М.: НИИ строительной физики, 1969 г. — 144 с.