Импедансный метод контроля поверхностной температуры и нестационарного теплового потока на основе скин-эффекта в электропроводящих теплофизических объектах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлен новый импедансный метод измерения и контроля поверхностной температуры и нестационарного теплового потока в электропроводящих теплофизических объектах. Особенность метода заключается в использовании электрического скин-эффекта, позволяющего использовать электропроводящий объект контроля в качестве чувствительного элемента, что увеличивает быстродействие измерений за счёт отсутствия дополнительных датчиков в области измерения. Путем электронного (частотного) управления толщиной скин-слоя имеется возможность изменения чувствительной области и чувствительности измерений. Применение математического аппарата дробных операторов позволяет связать нестационарный тепловой поток с поверхностной температурой, что дает возможность одновременно измерить две теплофизические величины – поверхностную температуру и нестационарный тепловой поток. Разработан соответствующий алгоритм численного расчета нестационарного теплового потока с использованием дробных производных половинного порядка. Проведены экспериментальные исследования предложенного импедансного метода и показаны его преимущества.

Об авторах

И. Д. Шафигуллин

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ

Автор, ответственный за переписку.
Email: email@example.com
ORCID iD: 0000-0001-8140-1436

Аспирант, старший преподаватель кафедры радиоэлектроники и информационно-измерительной техники института радиоэлектроники, фотоники и цифровых технологий КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева

 

Россия, г. Казань, ул. К. Маркса, 10, 420111, Российская Федерация

Список литературы

  1. Дивин, А.Г. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. Часть 3. Средства измерения температуры, оптических и радиационных величин: учеб. пособие / А.Г. Дивин, С.В. Пономарев – Тамбов: Тамбовский государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2013. – 117 с.
  2. Sabitov, A. F. Up-to-Third-Order Determination of Time Constants of Models of Avionics Thermocouples in Gas Temperature Control Loop of Automatic Control System of Gas Turbine Engine / A. F. Sabitov, I. A. Safina // Journal of Engineering Thermophysics. – 2024. – Vol. 33, No. 2. – P. 376-383. – doi: 10.1134/S1810232824020127.
  3. Бондарь, О. Г. Исследование метода измерения температуры при двухпроводном подключении термометра сопротивления / О. Г. Бондарь, Е. О. Брежнева, К. А. Ботиков // Известия Юго-Западного государственного университета. – 2024. – Т. 28, № 1. – С. 71-87. – doi: 10.21869/2223-1560-2024-28-1-71-87.
  4. Щетка как интеллектуальный узел электродвигателя / О.Г. Морозов, В.И. Артемьев, А.А. Кузнецов и др. // Инженерный вестник Дона. – 2016. – №1(40). – С. 18.
  5. Четырехкомпонентные адресные волоконные брэгговские структуры – новый элемент радиофотонных многосенсорных сетей / О.Г. Морозов, А.Ж. Сахабутдинов, И.И. Нуреев и др. // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 6. – С. 43-65.
  6. Distributed fiber optic sensors for tunnel monitoring: A state-of-the-art review / X. Zhang, H. Zhu, X. Jiang, W. Broere // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. – 2024. – Vol. 16, No. 9. – P. 3841-3863. – doi: 10.1016/j.jrmge.2024.01.008.
  7. Evdokimov, Y. K. One-dimensional continuously distributed sensors for thermophysical fields: Method of measurement, model, and numerical algorithm / Y.K. Evdokimov, E.S. Denisov, L.Y. Fadeeva // Measurement. – 2021. – Vol. 186. – P. 110082. – doi: 10.1016/j.measurement.2021.110082.
  8. Сапожников, С.З. Основы градиентной теплометрии / С.З. Сапожников, В.Ю. Митяков, А.В. Митяков. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2012. – 203 с. – ISBN 978-5-7422-3854-6.
  9. Hofmeister, A.M. Theory and Measurement of Heat Transport in Solids: How Rigidity and Spectral Properties Govern Behavior / A.M. Hofmeister // Materials. – 2024. Vol. 17. No.18. – P.4469. doi: 10.3390/ma17184469.
  10. Патент № 2739719 C1 РФ, МПК G01N 27/12. Способ определения концентрации газа: № 2020126167: заявл. 03.08.2020: опубл. 28.12.2020 / Ю.К. Евдокимов, Л.Ю. Фадеева, Е.С. Денисов; заявитель ФГБОУ ВО «КНИТУ-КАИ». – 11 с. – Бюл №1.
  11. Broadband mechanoresponsive liquid metal sensors / Md. S. Rahman, Ju. E. Huddy, A. B. Hamlin, W. J. Scheideler // npj Flexible Electronics. – 2022. – Vol. 6, No. 1. – P. 71. – doi: 10.1038/s41528-022-00206-3.
  12. Евдокимов, Ю.К. Метод и алгоритм радиочастотного зондирования неоднородных электропроводящих структур / Ю.К. Евдокимов, Л.Ю. Фадеева // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – 2023. – Т. 26, № 2. – С.94-102. – doi: 10.22213/2413-1172-2023-2-94-102.
  13. Timmerberg J. The use of skin effect for measurement of thickness of sputtered protective-coatings / J. Timmerberg, A. Martinovs // Transport and aerospace engineering. - 2014.- Vol. 1. - P. 37-42.
  14. Евдокимов, Ю.К. Импеданс длинной линии с микрорельефной неоднородной поверхностью с учетом скин-эффекта / Ю.К. Евдокимов, Л.Ю. Фадеева // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. – 2019. – Т. 75, № 3. – С. 169-173.
  15. Патент № 2787300 C1 РФ, МПК G01K 17/08. Способ определения нестационар-ного теплового потока: № 2022113215: заявл.17.05.2022: опубл.09.01.2023 / Ю.К. Евдоки-мов, Л.Ю. Фадеева, И.Д. Шафигуллин и др.; заявитель КНИТУ-КАИ». – 11 с. – Бюл. № 1.
  16. Патент № 2787301 C1 РФ, МПК G01K 17/06. Способ определения нестационарного теплового потока: № 2022113216: заявл. 17.05.2022: опубл. 09.01.2023 / Ю.К. Евдокимов, Л.Ю. Фадеева, И.Д. Шафигуллин, Е.С. Денисов; заявитель ФГБОУ ВО «КНИТУ-КАИ». – 16 с. – Бюл. № 1.
  17. Седалищев, В. Н. Физические основы получения информации. Ч.1. Генераторные и параметрические измерительные преобразователи: учебное пособие / В.Н. Седалищев – Барнаул: Изд-во АлтГТУ. – 2014. – 283 с.
  18. Кондратьев, Г. М. Прикладная физика. Теплообмен в приборостроении: Серия «Выдающиеся ученые ИТМО». / Г.М. Кондратьев, Г.Н. Дульнев, Е.С. Платунов, Н.А. Ярышев – Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2003. – 560 с.
  19. Бабенко Ю.И. Метод дробного дифференцирования в прикладных задачах теории тепломассообмена / Ю.И. Бабенко. – Санкт-Петербург: НПО «Профессионал». – 2009. – 584 с.
  20. Nigmatullin, R.R. On fractional filtering versus conventional filtering in economics / R.R. Nigmatullin, T. Omay, D. Baleanu // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. – 2010. – Vol. 15, No. 4. – P. 979-986. – doi: 10.1016/j.cnsns.2009.05.027.
  21. Реализация операции дробного дифференцирования на языке программирования Python / И.Д. Шафигуллин, Е.С. Денисов, Ю.К. Евдокимов, Л.Ю. Фадеева // Нигматуллинские чтения - 2023: Сборник докладов Международной научной конференции, Казань, 09–12 октября 2023 года. – Казань: Академия наук Республики Татарстан, 2023. – С. 73-78.
  22. Шафигуллин, И.Д. Оценка времени расчета производной половинного порядка, основанного на алгоритме быстрого преобразования Фурье / И.Д. Шафигуллин // VI Научный форум "Телекоммуникации: теория и технологии" ТТТ-2023 : Материалы XXV Международной научно-технической конференции, Казань, 22–24 ноября 2023 года. – Казань: Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ, 2023. – С. 449-450.
  23. Евдокимов, Ю.К. Частотные характеристики импеданса планарных и сферических электродных систем в электропроводящих средах / Ю.К. Евдокимов, И.Д. Шафигуллин // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2024. – №10. – С. 13-22. – doi: 10.25791/pribor.10.2024.1527.
  24. Шафигуллин, И.Д. Метод балансировки измерительного моста переменного тока для разработки устройства измерения нестационарного теплового потока / И.Д. Шафигуллин // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы VIII Международной научно-технической конференции, Чебоксары, 22 ноября 2024 года. – Чебоксары: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, 2024. – С. 191-196.
  25. Шафигуллин, И.Д. Система измерения и контроля поверхностной температуры электропроводящих объектов на основе импеданса скин-слоя / И.Д. Шафигуллин // Южно-Сибирский научный вестник. – 2025. – № 2(60). – С. 59-65.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость толщины скин-слоя от частоты переменного тока

Скачать (2MB)
Метаданные

© Шафигуллин И.Д., 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».