Автоматизована система вимірювання теплопровідності пластин і листових матеріалів

Abstract

Романюк Д.В., Васильківський І.С. (керівник). Автоматизована система вимірювання теплопровідності пластин і листових матеріалів. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація Передача тепла всередині тіл і між тілами є надзвичайно важливою в багатьох галузях промисловості. Теплопередача в основному залежить від такої характеристики, як теплопровідність матеріалів. Використання відповідних матеріалів дозволило б скоротити затрати енергії на продукування, передавання і збереження тепла, а також зменшити забруднення навколишнього середовища, що завжди має місце при виробництві теплової енергії. Матеріали, які застосовуються для передачі тепла, зокрема листові, мають мати велику теплопровідність. Чим більша теплопровідність матеріалу, тим краще він проводить тепло. Тому теплопровідність є їх паспортною характеристикою, а потреба у вимірюванні теплопровідності, причому з високою точністю, є актуальною. Для вирішення задач вимірювання теплопровідності пластин та листових матеріалів в діапазоні від 40 до 400 Вт/(м•К) необхідні нові принципи побудови теплової вимірювальної схеми ТВС приладів. [1] Об'єктом дослідження магістерської кваліфікаційної роботи є проведення вимірювань теплопровідності пластин і листових матеріалів. Предметом дослідження є дослідження сучасних засобів автоматизації для складних випадків проектування. Метою дослідження є дослідження вимірювального перетворювача теплопровідності пластин та листових матеріалів, який побудований на основі зрівноваженої теплової вимірювальної схеми, а також створення автоматизованої системи вимірювання з таким перетворювачем. Потрібно визначити методи та шляхи підвищення точності цього вимірювального перетворювача. Провести аналіз побудови теплової вимірювальної схеми, розробити її математичну модель, яка дозволить проаналізувати функціональні можливості. Дослідити вплив неінформативних параметрів на точність вимірювання теплопровідності. Провести розрахунок конструктивних параметрів вимірювального перетворювача теплопровідності за критерієм максимальної чутливості в заданому діапазоні вимірювань, а також визначити співвідношення між тепловими опорами елементів ТВС, що забезпечує інваріантність вихідного сигналу цієї схеми до неінформативних параметрів. У першому розділі магістерської кваліфікаційної роботи проведено огляд сучасних методів вимірювання теплопровідності матеріалів, обґрунтовано доцільність досліджень і конкретизація напрямку досліджень У другому розділі розглянуто принципи побудови вимірювальних перетворювачів теплопровідності твердих матеріалів на основі теплових вимірювальних схем, можливі структурні схеми вимірювального перетворювача теплопровідності матеріалів, проведено математичне моделювання елементів ТВС та засобів вимірювання теплопровідності твердих матеріалів на основі зрівноваженої мостової ТВС. У третьому розділі приведено дослідження функціональних та метрологічних характеристик вимірювального перетворювача теплопровідності пластин і листових матеріалів побудованого на основі зрівноваженої мостової ТВС, виконано аналіз впливу неінформативних параметрів на зрівноважену мостову ТВС і експериментально досліджено чутливість мостової ТВС до неінформативних параметрів. У четвертому розділі розглянуто питання розробки конструкції вимірювального перетворювача теплопровідності пластин та листових матеріалів на основі зрівноваженої мостової ТВС та створення автоматизованої системи вимірювання і результати експериментального дослідження. [2]Romanyuk D.V., Vasylkivskyi I.S. (head). Automated system for measuring thermal conductivity of plates and sheet materials. Master's degree thesis. – Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2025. Extended abstract Heat transfer within bodies and between bodies is extremely important in many industries. Heat transfer mainly depends on such a characteristic as the thermal conductivity of materials. The use of appropriate materials would reduce energy costs for the production, transmission and storage of heat, as well as reduce environmental pollution, which always occurs during the production of thermal energy. Materials used for heat transfer, in particular sheet materials, must have high thermal conductivity. The higher the thermal conductivity of the material, the better it conducts heat. Therefore, thermal conductivity is their passport characteristic, and the need to measure thermal conductivity, and with high accuracy, is relevant. To solve the problems of measuring the thermal conductivity of plates and sheet materials in the range from 40 to 400 W/(m•K), new principles for constructing a thermal measuring circuit of fuel assemblies of devices are needed. [1] The object of the research of the master's qualification work is the measurement of the thermal conductivity of plates and sheet materials. The subject of the research is the study of modern automation tools for complex design cases. The purpose of the research is to study the measuring transducer of the thermal conductivity of plates and sheet materials, which is built on the basis of a balanced thermal measuring circuit, as well as the creation of an automated measurement system with such a transducer. It is necessary to determine methods and ways to increase the accuracy of this measuring transducer. To analyze the construction of the thermal measuring circuit, to develop its mathematical model, which will allow analyzing the functional capabilities. To investigate the influence of uninformative parameters on the accuracy of thermal conductivity measurement. To calculate the design parameters of the thermal conductivity measuring transducer according to the criterion of maximum sensitivity in a given measurement range, as well as to determine the ratio between the thermal resistances of the fuel assembly elements, which ensures the invariance of the output signal of this circuit to uninformative parameters. In the first section of the master's qualification work, a review of modern methods for measuring the thermal conductivity of materials is conducted, the feasibility of research is substantiated and the direction of research is specified. In the second section, the principles of constructing measuring transducers of the thermal conductivity of solid materials based on thermal measuring circuits, possible structural diagrams of the measuring transducer of the thermal conductivity of materials, mathematical modeling of fuel assembly elements and means of measuring the thermal conductivity of solid materials based on a balanced bridge fuel assembly are considered. The third section presents a study of the functional and metrological characteristics of the measuring transducer of the thermal conductivity of plates and sheet materials built on the basis of a balanced bridge fuel assembly, an analysis of the influence of non-informative parameters on the balanced bridge fuel assembly was performed, and the sensitivity of the bridge fuel assembly to non-informative parameters was experimentally investigated. The fourth section considers the issue of developing a design for a measuring transducer of the thermal conductivity of plates and sheet materials based on a balanced bridge fuel assembly and creating an automated measurement system and the results of the experimental study. [2]