Визначення складу речовин та їх сумішей на основі теплопровідності з використанням методу прямого розігріву термістора

Автор(и)

  • Sergey Matvienko Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-7547-4601
  • Vadim Shevchenko Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-9366-4118
  • Mykola Tereshchenko Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-4523-281X
  • Anatolii Kravchenko Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-1621-804X
  • Ruslan Ivanenko Український науково-дослідний інститут спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України вул. Миколи Василенка, 3, м. Київ, Україна, 03113, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193429

Ключові слова:

вимірювання, теплопровідність, термістор, , теплофізичні характеристики речовин, склад суміші

Анотація

Досліджено теплофізичні властивості різноманітних речовин та сумішей неруйнівним методом. Пропонується визначити величину теплопровідності речовин та сумішей методом прямого підігріву термістора.

Створено пристрій для вимірювання теплопровідності різноманітних речовин та сумішей, принцип дії якого базується на вимірюванні температури розігріву термістора в досліджуваній речовині. При цьому враховується нелінійний характер отриманої залежності розігріву термістора.

На основі проведених досліджень показана можливість визначення складу суміші за її коефіцієнтом теплопровідності. Надані результати експериментальних досліджень з еталонними рідинами, розчинами цукру, гліцерину та спирту у воді.  Надані результати вимірювань теплофізичних властивостей (ТФВ) біологічних речовин (кров та плазма крові людини, білок та жовток курячого яйця та інші), деяких овочів за допомогою методу прямого підігріву термістора в діапазоні температур від +25 °С до +40 °С.

 Обґрунтовано, що при дослідженнях ТФВ речовин методом прямого підігріву термістора можливе визначення складу сумішей за їх теплопровідністю, але при цьому необхідно враховувати індивідуальні властивості досліджуваних рідин. Надано рекомендації щодо проведення дослідження ТФВ речовин та визначення за їх теплопровідністю складу сумішей з врахуванням індивідуальних властивостей досліджуваних речовин.

Використання запропонованого методу прямого підігріву термістора для визначення складу суміші розчинів, біологічних матеріалів та харчових продуктів надає можливість аналізувати склад наноречовин, отримувати достовірні дані про ступінь алергічної реакції. А у випадку визначення складу харчових продуктів – враховувати отримані дані при розробці холодильного обладнання та продовженні строку зберігання продуктів зі збереженням їх корисних властивостей

Біографії авторів

Sergey Matvienko, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра виробництва приладів

Vadim Shevchenko, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра виробництва приладів

Mykola Tereshchenko, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра виробництва приладів

Anatolii Kravchenko, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Аспірант

Кафедра виробництва приладів

Посилання

  1. Guimarães, A. O., Machado, F. A. L., da Silva, E. C., Mansanares, A. M. (2012). Thermal Effusivity and Thermal Conductivity of Biodiesel/Diesel and Alcohol/Water Mixtures. International Journal of Thermophysics, 33 (10-11), 1842–1847. doi: https://doi.org/10.1007/s10765-012-1280-3
  2. Choi, S. U. S., Zhang, Z. G., Yu, W., Lockwood, F. E., Grulke, E. A. (2001). Anomalous thermal conductivity enhancement in nanotube suspensions. Applied Physics Letters, 79 (14), 2252–2254. doi: https://doi.org/10.1063/1.1408272
  3. An, E.-J., Park, S.-S., Chun, W.-G., Park, Y.-C., Jeon, Y.-H., Kim, N.-J. (2012). A Comparative Study on the Thermal Conductivities and Viscosities of the Pure Water and Ethanol Carbon Nanofluids. Journal of the Korean Solar Energy Society, 32 (spc3), 213–219. doi: https://doi.org/10.7836/kses.2012.32.spc3.213
  4. Brionizio, J. D., Orlando, A. de F., Bonnier, G. (2017). Characterization of a spherical heat source for measuring thermal conductivity and water content of ethanol and water mixtures. International Journal of Metrology and Quality Engineering, 8, 18. doi: https://doi.org/10.1051/ijmqe/2017007
  5. Martynchuk, O. A., Matvienko, S. M., Vysloukh, S. P. (2016). Pat. No. 113044 UA. Prystriy ta sposib reiestratsiyi teplovykh protsesiv u biolohichnykh probakh. No. a201603519; declareted: 04.04.2016; published: 25.11.2016, Bul. No. 22.
  6. Kravchenko, A. Y., Tereshchenko, M. F., Vysloukh, S. P., Tymchik, G. S. (2019). Modeling of the temperature field on the working surface of an ultrasonic emitter. KPI Science News, 2, 83–90. doi: https://doi.org/10.20535/kpi-sn.2019.2.167537
  7. Matvienko, S., Vysloukh, S., Martynchyk, O. (2016). Increasing accuracy of measuring thermal conductivity of liquids by using the direct heating thermistor method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (82)), 20–30. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.75459
  8. Van Gelder, M. F. (1998). A thermistor based method for measurement of thermal conductivity and thermal diffusivity of moist food materials at high temperatures. Blacksburg, Virginia, 160.
  9. Akulenko, D. V., Agapov, A. N., Protsenko, I. G. (2012). Izmerenie koeffitsienta teploprovodnosti sredy s ispol'zovaniem termistora pryamogo podogreva. Problemy tehnogennoy bezopasnosti i ustoychivogo razvitiya: sbornik nauchnyh statey molodyh uchenyh, aspirantov i studentov FGBOU VPO "TGTU", III, 49–52.
  10. Atkins, R. T., Wright, E. A. (1990). Thermistor-based thermal conductivity measurement system. U.S. Army Corps of Engineers Cold Regions Research & Engineering Laboratory, Special Report 90-24.
  11. Atkins, R. T. (1985). Pat. No. 04522512 USA. Thermal conductivity measurement method.
  12. Kharalkar, N. M., Hayes, L. J., Valvano, J. W. (2008). Pulse-power integrated-decay technique for the measurement of thermal conductivity. Measurement Science and Technology, 19 (7), 075104. doi: https://doi.org/10.1088/0957-0233/19/7/075104
  13. Kharalkar, N. M., Valvano, J. W. (2006). Finite element analysis and experimental verification of multilayered tissue characterization using the thermal technique. 2006 International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. doi: https://doi.org/10.1109/iembs.2006.259836
  14. Matvienko, S., Filippova, M., Martynchyk, A. (2015). Research of materials thermal conductivity using puls heating thermistor method. Visnyk Kremenchutskoho natsionalnoho universytetu imeni Mykhaila Ostrohradskoho, 6 (1), 106–111.
  15. Matvienko, S. M., Vysloukh, S. P. (2016). Accuracy Improvement of Thermal Conductivity Measurement of Liquids Used by Direct Heating Thermistor Method. Research Bulletin of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", 6, 85–93. doi: https://doi.org/10.20535/1810-0546.2016.6.83382
  16. Divin, A. G., Ponomarev, S. V. (2014). Metody i sredstva izmereniya sostava i svoystv veshchestv. Tambov: Izd-vo FGBOU VPO «TGTU», 104.
  17. Shashkov, A. G., Vasilenko, V. B., Zolotuhina, A. F. (2007). Faktor termodiffuzii gazovyh smesey: metody opredeleniya. Minsk: Belorusskaya nauka, 238.
  18. Tymchik, G., Vysloukh, S., Matvienko, S. (2018). Control of substances composition by method of heat conductivity. Perspektyvni tekhnolohiyi ta prylady, 12, 157–164.
  19. Matvienko, S., Vysloukh, S., Matvienko, A., Martynchyk, A. (2016) Determination thermal and physical characteristics of liquids using pulse heating thermistor method. International Journal of Engineering Research & Science (IJOER), 2 (5), 250–258.
  20. NTS Tchermistors. General Technical Information, EPCOS AG 2018. Reproduction, publication and dissemination of this brochure and the information contained therein without EPCOS’ prior express consent is prohibited. Available at: https://www.tdk-electronics.tdk.com/download/531116/19643b7ea798d7c4670141a88cd993f9/pdf-general-technical-information.pdf
  21. Tymchik, G., Vysloukh, S., Tereshchenko, N., Matvienko, S. (2018). Investigation Thermal Conductivity of Biological Materials by Direct Heating Thermistor Method. 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). doi: https://doi.org/10.1109/elnano.2018.8477460
  22. Korotkih, A. G. (2011). Teploprovodnost' materialov. Tomsk: Izd-vo Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 97.
  23. Vargaftik, N. B., Filippov, L. P., Tarzimanov, A. A., Totskiy, E. E. (1990). Spravochnik po teploprovodnosti zhidkostey i gazov. Moscow: Energoatomizdat, 352.
  24. Ewetumo, T., Festus, B., Adedayo, K. (2017). Development of an Instrument for Measurement of Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity of Tropical Fruit Juice. American Journal of Scientific and Industrial Research, 8 (2), 22–33.
  25. Ginzburg, A. S., Gromov, M. A., Krasovskaya, G. I. (1980). Teplofizicheskie harakteristiki pishchevyh produktov. Moscow, 288.
  26. Zhang, H., He, L., Cheng, S., Zhai, Z., Gao, D. (2003). A dual-thermistor probe for absolute measurement of thermal diffusivity and thermal conductivity by the heat pulse method. Measurement Science and Technology, 14 (8), 1396–1401. doi: https://doi.org/10.1088/0957-0233/14/8/327
  27. Gustavsson, M., Gustafsson, S. E. (2006). Thermal conductivity as an indicator of fat content in milk. Thermochimica Acta, 442 (1-2), 1–5. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.11.037
  28. Fontana, A. J., Varith, J., Ikediala, J., Reyes, J., Wacker, B. (1999). Thermal properties of selected foods using a dual needle heat-pulse sensor. An ASAE Meeting Presentation.
  29. Giering, K., Minet, O., Lamprecht, I., Müller, G. (1995). Review of thermal properties of biological tissues. SPIE PM 25, 45–65
  30. Ikegwu, O. J., Ekwu, F. C. (2009). Thermal and Physical Properties of Some Tropical Fruits and Their Juices in Nigeria. Journal of Food Technology, 7 (2), 38–42.
  31. Popiel, P., Tymchik, G., Skytsiouk, V., Klotchko, T., Begaliyeva, K. (2018). The active surface of the sensor at a contact to the technological object. Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments 2018. doi: https://doi.org/10.1117/12.2501639

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-02-29

Як цитувати

Matvienko, S., Shevchenko, V., Tereshchenko, M., Kravchenko, A., & Ivanenko, R. (2020). Визначення складу речовин та їх сумішей на основі теплопровідності з використанням методу прямого розігріву термістора. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (103), 19–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.193429

Номер

Том 1 № 5 (103) (2020): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Sergey Matvienko, Vadim Shevchenko, Mykola Tereshchenko, Anatolii Kravchenko, Ruslan Ivanenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.