Патентный поиск и оценка объекта промышленной собственности». Объект: Способ определения теплофизических свойств многослойных изделий

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра      «Гидравлики и теплотехники»

                      УТВЕРЖДАЮ

                                                                            Зав. кафедрой                       Жуков Н.П.

                                                                                                             подпись,  инициалы,   фамилия

                                                                                                      «        »                                     20     г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому  проекту по «Патентоведение и оценка интелектуальной          

                                                                                        наименование учебной

собственности» 

дисциплины

на тему:    «Патентный поиск и оценка объекта промышленной собственности».  Объект: Способ определения теплофизических свойств

многослойных изделий

  Автор проекта                                         Борунов С.А            Группа СЭП-14 

                                                подпись,            дата,                   инициалы,    фамилия

Специальность  140106,   Энергообеспечение предприятий         

                                                                номер, наименование

Обозначение курсового проекта   ТГТУ.140106.022 ДЭ - ПЗ

Руководитель  проекта                                                                  Майникова Н.Ф. 

                                 подпись, дата            инициалы, фамилия

Работа  защищена             Оценка

Члены комиссии  

                                                                                    подпись, дата              инициалы, фамилия

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

Нормоконтролер                                                                          Майникова Н.Ф.

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

Тамбов 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных показателей современного общества во все времена было и продолжает оставаться то, какое внимание уделяется в нем развитию науки, культуры и техники. От того, насколько значителен интеллектуальный потенциал общества и уровень его культурного развития, зависит, в конечном счете и успех решения стоящих перед ним экономических проблем[1].

В современных условиях развития научно-технического прогресса, увеличения объёма научной  и научно-технической информации, быстрой сменяемости и обновления знаний особое значение приобретает правовая защита и оценка интеллектуальной собственности[1].

Патентное право имеет дело с  промышленной собственностью, т.е. исключительными  правами, реализуемыми в сфере производства, торгового обращения, оказания услуг и т.п. но законодательство не рассматривает средства индивидуализации предпринимателей и их продукции в качестве результатов творческой деятельности и не признает каких-либо особых прав за их конкретными создателями. Когда речь идет о правовой защите объектов интеллектуальной собственности, то основной функцией является обеспечение индивидуализации производителей и их товаров, работ и услуг[2].

Таким образом, законодательство о  средствах индивидуализации является важной частью правовой охраны объектов интеллектуальной собственности[2].

1 Описание объекта промышленной собственности

В настоящее  время в целях экономии топливно-энергетических ресурсов при резко возросшей  стоимости энергоносителей в  строительной теплотехнике широко используются многослойные ограждающие конструкции (стеновые панели, наружные перекрытия, стыковые соединения, перегородки, полы, элементы кровли и т.д.), через которые  идут основные теплопотери зданий и сооружений. Поэтому одной из основных задач, стоящих перед контролерами качества строительных конструкций, является определение соответствия их теплозащитных свойств (в основном по сопротивлению теплопередаче и теплопотерям) нормативным документам СНиП, МГСН и др. Кроме того, при разработке, испытании и эксплуатации таких многослойных изделий необходимо иметь информацию о теплозащитных свойствах как отдельных слоев, так и теплозащитной конструкции в целом, так как эти свойства в этом случае являются параметрами, определяющими качество таких изделий [3].

Для решения  этих актуальных задач строительной теплотехники был разработан комплекс новых методов и реализующих  их систем неразрушающего контроля (НК) теплозащитных свойств многослойных строительных конструкций и изделий.

Существует  множество способов и методов  раздельного и комплексного определения  теплофизических свойств многослойных материалов, использующих весь диапазон нагрева – от начального до стационарного. Все эти тепловые режимы широко применяют в инженерной практике, научных исследованиях и определении ТФС различных материалов [3].

Для экспериментального определения ТФС материалов (коэффициентов  температуропроводности, теплопроводности, теплоемкости) применяют стационарные, нестационарные и комплексные методы.

Стационарные  методы основаны на законе теплопроводности Фурье для стационарного теплового потока [3].

При реализации стационарных методов исследуемому материалу – образцу придается  форма пластины, цилиндрической полой  трубы, сферической оболочки, внутри которых создается соответствующее одномерное температурное поле. Экспериментальное определение ТФС материалов сопровождается рядом побочных явлений: утечки теплоты через торцы, конвекция, излучение, скачок температуры на границе твердого тела и газа (жидкости). Для устранения тепловых потерь применяются разнообразные охранные нагреватели, кольца, колпачки. При использовании стационарных методов исследования, в процессе нагрева исследуемых влажных строительных и теплоизоляционных материалов происходит перераспределение влаги, что искажает опытные данные [3].

Нестационарные  методы определения ТФС материалов  основаны на теории теплопроводности при нестационарном тепловом потоке.

Из теории теплофизических измерений известно, что нестационарные методы, с точки  зрения оперативности, полноты получаемой информации об объектах исследования и простоты реализации экспериментальных  установок, являются более перспективными. В нестационарных методах исследования теплофизических характеристик  веществ по сравнению со стационарными снижены требования к тепловой защите, затрачивается меньше времени и тепловой энергии для проведения эксперимента. К недостаткам нестационарных методов следует отнести сложность расчетных уравнений и трудность оценки соответствия действительных граничных условий в эксперименте с условиями, принятыми в теории [3].

Поскольку большинство строительных конструкций  представляют собой многослойные (двух- и трехслойные) изделия, то задача контроля ТФС таких объектов является весьма сложной и актуальной.

Все методы и реализующие их измерительные  средства разделяются на две группы: контактные и бесконтактные. Использование  контактных методов превалирует  в способах исследования и определения  ТФС веществ и материалов. Однако в последнее время отмечается рост бесконтактных методов и измерительных средств [3].

Разработаны новые, защищенные патентами на изобретения, эффективные в метрологическом  отношении контактные и бесконтактные  методы контроля теплозащитных свойств многослойных строительных конструкций и изделий без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик, а именно[4]:

1) Контактный  метод НК теплофизических свойств  (ТФС) трехслойных строительных  конструкций, состоящий в одновременном  использовании начальной стадии  нестационарного (импульсно-динамического)  и квазистационарного тепловых режимов в исследуемом многослойном изделии;

2) Метод  бесконтактного НК ТФС двухслойных  строительных конструкций с коррекцией  влияния степени черноты исследуемых  объектов и прозрачности промежуточной  среды между исследуемыми объектами  и приемно излучательными блоками на результаты измерения;

3) Комбинированный  оперативный метод НК ТФС трехслойных  строительных конструкций, основанный  на одновременном использовании  контактного и бесконтактного  тепловых воздействий на поверхность  исследуемых объектов и обладающий  высокой метрологической эффективностью, обусловленной использованием адаптивных  измерительных процедур при определении  энергетических параметров теплофизического эксперимента.

Отличительной особенностью контактных методов НК ТФС материалов и изделий является непосредственный контакт источника  тепловой энергии и термоприемников с участком поверхности исследуемого объекта измерения для определения температурного поля в зоне теплового воздействия. Разработан новый контактный метод НК ТФС, позволяющий контролировать ТФС трехслойных строительных конструкций без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик, обладающий высоким метрологическим уровнем и широкими функциональными возможностями [5].

Сущность  разработанного контактного метода заключается в следующем. На каждую из наружных поверхностей многослойной конструкции симметрично устанавливаются по одному зонду (рисунок 1), в плоскости контакта первого из которых расположены дисковый нагреватель ДН и два линейных нагревателя ЛН1 и ЛН2, закрепленные на заданном расстоянии от центра дискового нагревателя. В этом же центре контактной плоскости помещена термопара Тп1. В контактной плоскости на заданном расстоянии x1 от линейных источников ЛН1 и ЛН2 помещены рабочие термопары ТР1 и ТР2, а во втором зонде на этом же расстоянии от линейных нагревателей ЛН3 и ЛН4 помещены рабочие термопары ТР3 и ТР4 [5].

Рисунок 1 −  Схема расположения нагревателей и теплоприемников  в методе НК ТФС многослойных конструкций [5].

Основными достоинствами бесконтактных методов  и измерительных систем являются высокое быстродействие, а следовательно, и высокая производительность контроля, дистанционность, возможность контроля при одно- и двухстороннем доступе к изделию и т.д. Поскольку в бесконтактных тепловых методах НК ТФС избыточную температуру нагреваемой поверхности исследуемых объектов контролируют термоприемниками по электромагнитному излучению, то основными ис- точниками, влияющими на общую погрешность измерений, являются степень черноты исследуемых объектов, прозрачность среды между поверхностью исследуемых объектов и термоприемниками, влияние неучтенных тепловых потерь с поверхности исследуемых изделий в окружающую среду и т.д. Поэтому при создании новых бесконтактных методов и систем НК ТФС многослойных строительных изделий основное внимание уделяется разработке измерительных процедур, компенсирующих влияние вышеперечисленных источников общей погрешности измерений, либо вводится коррекция результатов измерения с учетом влияния этих составляющих общей погрешности измерений [6].

Сущность  разработанного метода заключается в следующем. Над исследуемым двухслойным изделием 1 вначале с одной стороны помещают точечный источник тепловой энергии 2 и два термоприемника 3 и 4, сфокусированных на поверхность, подверженную тепловому воздействию (рисунок  2). В качестве точечного источника тепловой энергии используется лазер, сфокусированный на поверхность исследуемого образца. Источник  энергии 2 и термоприемник 3 жестко связаны друг с другом и представляют собой измерительный зонд [6].

Термоприемники, установленные на высоте z от поверхности исследуемого образца, жестко связаны соответственно с экранами 5 и 6, расположенными с зазорами от поверхности образца на высоте z0. Термоприемник 3 установлен от источника 2 на расстоянии R1, при котором с учетом экрана 5, расположенного от поверхности образца на высоте z0, обеспечивается отсутствие влияния источника энергии на результаты измерений температуры из-за прямого воздействия на термоприемник частично отраженного от поверхности исследуемого объекта лазерного луча. Перемещение термоприемника 4 осуществляется по оси x, а термоприемника 3 – по параллельной ей прямой А [6].

Рисунок 2 − Схема расположения источника  теплового излучения и термоприемников в бесконтактном методе НК ТФС многослойных конструкций [6].

Вначале перемещают термоприемник 4 над исследуемым образцом и измеряют им температуру на поверхности исследуемого объекта. Синхронно с этим, используя высокоточный электрический термометр, измеряют температуру окружающей среды. В результате этого, используя отношение средней температуры, измеренной термоприемником на поверхности объекта, к средней температуре окружающей среды, определяется коэффициент k, учитывающий значения степени черноты ε поверхности исследуемого образца и прозрачности β окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и приемно-излучательные блоки измерительной системы [6].

Для повышения  в первую очередь оперативности  и производительности контроля ТФС  многослойных (трехслойных) строительных конструкций предлагается  комбинированный  подход, в котором ТФС наружных слоев определяются бесконтактным  нестационарным методом, а ТФС внутреннего  слоя – контактным методом с использованием квазистационарного теплового режима.

Разработан  комбинированный метод НК ТФС  трехслойных строительных конструкций, сущность которого состоит в следующем. На каждую из наружных поверхностей многослойной конструкции (рисунок 3) устанавливаются  по одному зонду, в плоскости контакта первого из которых расположены  дисковый нагреватель ДН, а также  термопара Тп1, помещенная в центр контактной плоскости дискового нагревателя [7].

В плоскости  контакта второго термозонда расположены датчик теплового потока Tq, а в центре круга датчика теплового потока вмонтирована вторая термопара Тп2. Дополнительно устанавливают над наружной поверхностью точечный источник  тепловой энергии (лазер) и термоприемник, сфокусированный на поверхность, подверженную тепловому воздействию, и регистрирующий температуру этой поверхности по ее электромагнитному излучению [7].

Нагреватель и термопары как первого, так и второго зондов закрыты по внешней от контактной плоскости стороне теплоизоляционным материалом типа рипора или асбеста, обеспечивая направленное движение тепловых потоков на наружную поверхность конструкции и препятствуя теплообмену в других направлениях, тем самым обеспечивая реализацию адиабатического режима нагрева [7].

Рисунок 3 −  Схема расположения источников и  термоприемников в комбинированном методе НК ТФС трехслойных строительных конструкций [7].

Основным  преимуществом разработанного метода по сравнению с известными является повышение оперативности контроля трехслойных изделий за счет использования комбинации контактного и бесконтактного тепловых воздействий на исследуемый объект. Оперативность контроля обусловлена тем, что при определении ТФС наружных слоев трехслойного изделия используется бесконтактный метод измерения параметров теплофизического эксперимента [7].

Кроме того, при бесконтактном определении  ТФС наружных слоев изделий исключается  из результатов измерений погрешность  от влияния контактных термосопротивлений, величина которых, как показывает практика теплофизических измерений, составляет не менее 15 – 25 %, носит случайный характер, зависит от многих параметров контактирующих тел, поэтому практически не может быть учтена путем введения поправок или коррекцией результатов измерений. Сканирование над большими участками исследуемых наружных слоев измерительным зондом, состоящем из лазерного источника тепла и термоприемника, позволяет получить значительно большее чем в известных методах количество информации об объекте исследования, что существенно повышает достоверность и точность результатов измерения искомых ТФС [7].

Существенным  преимуществом разработанного комбинированного метода НК ТФС трехслойных изделий  является использование адаптивных процедур при оптимизации энергетических параметров теплофизического эксперимента, что, во-первых, исключает возможность  разрушения исследуемых объектов из-за нагрева их до температур плавления, горения и т.д., во-вторых, повышает точность и достоверность искомых ТФС [7].

2 Определение классификационных индексов по МПК

Определение разделов, классов, подклассов, групп и подгрупп МПК (8

Раздел МПК – Раздел G – Физика.

G01N - Исследование или  анализ материалов путем определения  их химических или физических  свойств (разделение материалов  вообще  B 01D, B 01J, B 03, B 07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например  B 01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов  C 12M, C 12Q; исследование грунта основания на стройплощадке  E 02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов  F 01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см.  G 01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание или определение свойств конструкций  G 01M; измерение или исследование электрических или магнитных свойств материалов  G 01R; системы вообще для определения расстояния, скорости или наличия с использованием эффектов распространения, например эффекта Доплера, измерение времени распространения отраженных или переизлученных радиоволн; аналогичные устройства с использованием других волн  G 01S; определение чувствительности, зернистости или плотности фотографических материалов  G 03C 5/02; испытание составных частей ядерных реакторов  G 21C 17/00)

3 Регламент патентного поиска

Таблица 3.1 –  Регламент патентного поиска

4 Научная и техническая литература  по теме

Таблица 4.1 – Научная и техническая  литература по теме.