Novel thermal method for the recognition and supporting the identification of solids and their thermal parameters

• Autorzy: Ligęza P.

Warianty tytułu

PL

Nowa metoda termiczna do rozpoznawania i wspomagania identyfikacji substancji stałych i ich parametrów termicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article proposes a concept of new method for supporting the identification of solids and their thermal parameters. This concept is based on the idea of implementation of metrological methods and solutions known from hot-wire anemometry in applications for supporting the thermal identification of solids. The idea of the method is based on the fact that measuring head of the probe, comprising a resistance – temperature transducer heated by electric current, is continuously maintained in a stable thermal contact with the tested material, while the temperature of the resistance – temperature transducer is controlled by the constant – temperature controlled system. The characteristic parameters of the head – material system are determined based on measurement of the flux of heat transferred from the head in its various states of heating. These parameters are compared to parameters obtained for different materials used as standards during the system calibration process, which allows for a measured parameters to be correlated with calibration ones, classifying ultimately the tested material into specific class of materials. Selected methods of artificial intelligence can be applied here. In complex solutions it is possible to use measuring heads comprising higher number of resistance – temperature transducers, both passive and active ones, an array of measuring heads, complex algorithms of thermal excitations and interpretation of measured signals or the analysis of thermal waves propagation in a tested material.

PL

Autor pracy proponuje nową koncepcję metody wspomagania identyfikacji ciał stałych oraz ich parametrów cieplnych. Koncepcja ta oparta jest o ideę implementacji metod i rozwiązań metrologicznych znanych z termoanemometrii w zastosowaniach do wspomagania identyfikacji termicznej ciał stałych. Podstawowa idea proponowanej metody pomiarowej polega na tym, że głowica pomiarowa zawierająca nagrzewany prądem elektrycznym rezystancyjny przetwornik temperatury utrzymywana jest w stabilnym kontakcie termicznym z badaną substancją, a poziom temperatury rezystancyjnego przetwornika temperatury zadawany jest poprzez sterowany układ stałotemperaturowy. Na podstawie pomiaru strumienia ciepła odbieranego z głowicy w różnych stanach nagrzania wyznaczane są parametry charakterystyczne układu głowica – substancja. Parametry te porównywane są z parametrami uzyskanymi dla różnych substancji w procesie wzorcowania układu, co pozwala na określenie korelacji parametrów wzorcowych i mierzonych, a tym samym na zaklasyfikowanie badanej substancji do danej klasy materiałów. Korzystne może tu być zastosowanie metod sztucznej inteligencji. W rozbudowanych rozwiązaniach możliwe jest zastosowanie w głowicy większej ilości rezystancyjnych przetworników temperatury, zarówno pasywnych jak i aktywnych, stosowanie matrycy głowic, zastosowanie złożonych algorytmów wymuszeń termicznych i interpretacji sygnałów mierzonych, jak również badanie propagacji fal termicznych w badanej substancji.

Słowa kluczowe

EN

metrology; identification; thermal parameter; solids; measurement algorithms; thermodynamics

PL

metrologia; identyfikacja; parametry termiczne; ciało stałe; algorytmy pomiarowe; termodynamika

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 19, nr 3
• Strony: 29--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Ligęza P.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Banwell C.N.: Fundamentals of Molecular Spectroscopy (Book); McGraw-Hill, 1994.
• [2] Doraiswamy L.K., Uner D.: Chemical Reaction Engineering: Beyond the Fundamentals (Book); CRC Press, 2014.
• [3] Czichos H., Saito T., Smith L.R.: Springer handbook of materials measurement methods (Book); Springer, 2006.
• [4] Ventura G., Perfetti M.: Thermal Properties of Solids at Room and Cryogenic (Book), Springer, 2014.
• [5] Bruun H.H.: Hot-wire Anemometry. Principles and Signal Analysis (Book); University Press, Oxford, 1995.
• [6] Boerefi jn R., Poletto M., Salatino P.: Analysis of the dynamics of heat transfer between a hot wire probe and gas fluidized beds. Powder Technology 102, 1, 1999.
• [7] Ligęza P.: A four-point constant-current/temperature controlled circuit for anemometric applications. Review of Scientific Instruments 71, 1, 2000.
• [8] Ligęza P.: Urządzenie i sposób wspomagania identyfikacji ciał stałych. Zgłoszenie patentowe P 415 243 do UP RP, 2015.
• [9] Elsner J.W., Drobniak S.: Metrologia turbulencji przepływów (Book); Zakł. Nar. im. Ossolińskich, 1995.
• [10] Liu H-B., Lin N., Pan S.-S., Miao J., Norford L.K.: High Sensitivity, Miniature, Full 2-D Anemometer Based on MEMS Hot-Film Sensors. Sensors Journal, IEEE, 13, 5, 2013.
• [11] Ligęza P., Socha K.: Optimization of an algorithm for measurements of velocity vector components using a three-wire sensor. Review of Scientific Instruments 78, 2007.
• [12] Ligęza P.: Advanced Temperature Compensation and Correction Techniques in Thermal Anemometry. Instrumentation Science and Technology 43, 2015.
• [13] Ligęza P.: Simultaneous velocity and temperature measurements in transient gas flows (Book); SRMI PAS, 2009.
• [14] Ligęza P.: Compendium of Two-State Hot-Wire Anemometer Measurement Method (Book); SMRI PAS, 2012.
• [15] Ligęza P., Kęsek D.: Employment of temperature waves superposition in method of absolute measurement of gas flow velocities down to the sub 1 m/s range. Sensors and Actuators A Physical 228, 2015.
• [16] Gill P., Moghadam T.T., Ranjbar B.: Differential Scanning Calorimetry Techniques: Applications in Biology and Nanoscience. Journal of Biomolecular Techniques 21, 4, 2010.
• [17] Assy A., Gomès S.: Heat transfer at nanoscale contacts investigated with scanning thermal microscopy. Applied Physics Letters 107, 2015.
• [18] Pandya H.J., Park K., Desai J.P.: Design and fabrication of a flexible MEMS-based electro-mechanical sensor array for breast cancer diagnosis. Journal of Micromechanics and Microengineering 25, 7, 2015.
• [19] Ligęza P.: Koncepcja termicznej metody wspomagania identyfikacji ciał stałych i ich parametrów cieplnych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, 3, 18, 55-59, 2016.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).