Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство для экспрессного контроля теплотехнических качеств материалов строительных конструкций

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам исследования физических свойств веществ путем электрических измерений, и может быть использовано для оперативного контроля теплотехнических качеств материалов строительных конструкций.

Известен способ определения термического сопротивления ограждающих конструкций путем измерения плотности стационарного теплового потока и температур на внутренней и наружной поверхностях конструкций и вычисления термического сопротивления по известным формулам (ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», Госстройиздат, 1984). Недостатки этого способа обусловлены необходимостью использования стационарного режима теплопередачи через конструкцию и заключаются в большой длительности и трудоемкости осуществляемых операций.

Известен способ определения термического сопротивления конструкции, основанный на прохождении нестационарного теплового потока через материал (патент RU №2457471 «Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи», кл. G01N 25/18, опубл. 20.04.2012). Этот способ менее длителен, чем предыдущий, но требует проведения достаточно сложных расчетов и также не является экспрессным.

Известен способ определения теплопроводности, в котором исследуемый материал помещают в электрическое поле конденсатора, измеряют его емкость и по градуировочной зависимости определяют искомый теплофизический параметр (Авторское свидетельство SU №1224695 «Способ определения теплопроводности неметаллических влажных капиллярно-пористых материалов», кл. G01N 25/18, опубл. 15.04.1986). Недостатком этого способа являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в определении лишь одного теплофизического параметра.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по существенным признакам является выбранный в качестве прототипа способ, основанный на электротепловых аналогиях и реализуемый путем измерения электрической емкости с дальнейшим преобразованием ее в измерительно-вычислительном блоке, вычисления значений влажности и теплопроводности неметаллических материалов и регистрации этих значений на индикаторе, (патент RU №2431134 С1 «Способ и устройство для экспрессного определения влажности и теплопроводности неметаллических материалов», кл. G01N 27/22, G01N 25/18, опубл. 10.10.2011). Недостатком прототипа является ограниченное число определяемых теплофизических параметров, не превышающее двух.

Техническими результатами изобретения являются: расширение функциональных возможностей способа и упрощение вычислений.

Эти технические результаты достигаются тем, что в способе контроля теплотехнических качеств строительных конструкций, включающем в себя операции по измерению емкости датчика, преобразованию ее в пачки импульсов, передаче информации в измерительно-вычислительный блок, вычислению значений искомых параметров по индивидуальным формулам для каждого параметра и регистрации этих значений на индикаторном элементе, согласно изобретению вычисление значений искомых параметров выполняют по единой формуле, имеющей вид Y_i=a_i+b_i⋅ΔX_i+c_i⋅(ΔX_i)², где Y_i - искомый параметр, a_i, b_i, c_i - эмпирические константы, полученные экспериментально и внесенные в постоянную память (ПЗУ) измерительно-вычислительного блока, ΔX_i - разность между числом импульсов в пачках,

переданных в измерительно-вычислительный блок до и после установки датчика на поверхность контролируемой конструкции, соответственно, причем число определяемых параметров больше двух (i>2).

Осуществление изобретения

К параметрам, характеризующим теплотехнические качества материалов строительных конструкций, относятся влажность и температура наружной и внутренней поверхностей конструкций, влажность и температура воздуха внутри и снаружи помещений, теплопроводность материалов конструкции и др. Измерение и контроль этих параметров осуществляют с помощью устройства, содержащего емкостной датчик и компьютерное средство для управления, обработки и визуализации получаемой информации.

Пример использования изобретения

Требуется определить следующие параметры ограждающей конструкции (стены) жилого здания в процессе его эксплуатации:

- влажность внутренней поверхности стены W_в, % по массе;

- влажность наружной поверхности стены W_н, % по массе;

- температуру внутренней поверхности стены Т_в, °С;

- температуру наружной поверхности стены Т_н, °С;

- влажность воздуха внутри помещения, ϕ_в, % отн.;

- влажность воздуха снаружи помещения, ϕ_н, % отн.;

- температуру воздуха внутри помещения, t_в, °С;

- температуру воздуха снаружи помещения, t_н, °С;

Для количественного определения значений перечисленных параметров выполняют следующие операции:

1. Включают питание компьютерного средства, удерживая емкостной датчик в воздухе на расстоянии не менее 20 см от поверхности контролируемой конструкции и посторонних металлических предметов, и измеряют емкость датчика.

2. С помощью клавиатуры выбирают режим измерения влажности материала, затем конкретный строительный материал.

3. Устанавливая датчик на внутреннюю поверхность стены, с помощью клавиатуры повторно измеряют емкость датчика.

4. Производят вычисление влажности внутренней поверхности стены по формуле W_в=a₁+b₁⋅ΔN₁+c₁⋅(ΔN₁)², где a₁, b₁, c₁ - эмпирические коэффициенты для выбранного материала, полученные при градуировании устройства, реализующего предложенный способ, хранящиеся в ПЗУ; ΔN₁ - разность между числом импульсов в пачках, переданных в измерительно-вычислительный блок до и после установки датчика на поверхность контролируемой конструкции, соответственно.

5. Аналогично п. 4 производят вычисление влажности наружной поверхности стены по формуле W_н=а₂+b₂⋅ΔN₂+c₂⋅(ΔN₂)². Если материал наружной поверхности отличается от материала внутренней поверхности, то предварительно повторяют операции по п. 2.

6. С помощью клавиатуры выбирают режим измерения температуры контролируемого материала. Устанавливают поочередно датчик на внутреннюю и наружную поверхности стены, повторно измеряют емкость и вычисляют температуры Т_в и Т_н по формуле, аналогичной п.п. 4 и 5.

7. С помощью клавиатуры по очереди выбирают режимы измерения влажности и температуры воздуха внутри и снаружи помещения, соответственно, располагают датчик не ближе 10 см от внутренней или наружной поверхности стены, повторно измеряют емкость и вычисляют значения ϕ_в, ϕ_н, t_в, t_н по формуле, аналогичной п.п. 4 и 5.

Использование изобретения в натурных обследованиях строительных объектов обеспечивает получение технических результатов, позволяющих произвести оценку теплотехнических качеств материалов конструкций технически и экономически более эффективно по сравнению с известным уровнем техники.