Способ определения теплофизических свойств твердых материалов
Область применения изобретения исследование физических свойств веществ в частности определение теплофизических характеристик твердых тел. Цель изобретения - повВшение точности определения теплофизических характеристик испытываемых изделий и материалов. Цель достигается тем, что на поверхность изделия наносят слой материала толщиной t, прозрачного для излучения нагрева.. Измеряют временной интервал Т между началом импульса излучения нагрева и моментом наступления максимума первой производной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры . Теплофизические характеристики материала и его толщину выбирают из 1 шЬ . 1 г . условия . где/ m - заданная точность определения теплофизических характеристик изде-г лия; b - коэффициент теплоусвояемости исследуемого изделия, который выбирают минимальным для данного класса материалов изделия: ОС - коэффициент теплоотдачи от поверхности наносимого материала к воздуху; Л„ коэффициент теплопроводности наносиQ $Р мого материала, и определяют теплофи (Л зическце характеристики изделия по .i . формулам а 6,12-10 -Я 3,06 . с: у 10 q/CT«r; Ср 0,05 b 1 ,24-10 q/d T 6, где а - коэффициент температуропроводности изделия; d - расстояние от точки нагрева до точки измерения температуIN: ) ры; К - коэффициент теплопроводносG5 ти изделия; С - удельная теплоемсл ел кость изделия; Tд - избыточная температура поверхности изделия в мо05 мент времени ; р - плотность изю делия, b - коэффициент теплоусвояемости изделия; q - мощность импульса излучения нагрева. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК й0 4 G Ol N 25/18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPGHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ вни:
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2I) 3943185/31-25 (22) 11.07.85 (46) 23.10.86. Бюл. Р 39 (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) В.П.Вавилов, О.Ю.Троицкий и В.В.Ширяев (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 911278, кл. G Ol N 25/18, 1980.
Авторское свидетельство СССР
Ф 834480, кл. G Ol N 25/18, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Область применения иэобретения— исследование физических свойств веществ в частности определение теплофизических характеристик твердых тел. Цель изобретения — повйшение точности определения теплофизических характеристик испытываемых изделий и материалов. Цель достигается тем, что на поверхность изделия наносят слой материала толщиной Й, прозрачного для излучения нагрева. Измеряют временной интервал ь между началом импульса излучения нагрева и моментом наступления максимума первой про„„SU„„ 1265562 А 1 изводной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры. Теплофиэические характеристики материала и его толщину выбирают из
1 mb 1 У условия - — — - (- — + ---) >Г., где .
100 м
m — заданная точность определения теплофизических характеристик изде-.. лия; Ь вЂ” коэффициент теплоусвояемости исследуемого иэделия, который выбирают минимальным для данного класса материалов изделия: с4 — коэффициент теплоотдачи от поверхности наносимого материала к воздуху; коэффициент теплопроводности наносимого материала, и определяют теплофиЮ зическне характеристики изделия по . формулам а = 6,12 10 d/.c; A =З,OE . 10 q/ÑTìc Cp = 0»05 q/d 1 b " С
l 24 ° l0 q/d Ò с, где а — коэффициент температуропрсводности изделия; d — - расстояние от точки нагрева до точки измерения температуры; % — коэффициент теплопроводности изделия; С вЂ” удельная теплоемкость изделия; Тм — избыточная тем- СЛ пература поверхности изделия в мо- Ql мент времени c ; p — плотность из- (В делия, Ь вЂ” коэффициент теплоусвояе- фЯ мости изделия; q — мощность импульса излучения нагрева. 2 ил.
1265562
Изобретение относится к исследованию физических свойств веществ, в частности к определению теплофизических характеристик твердых тел.
Цель изобретения — повышение точности определения теплофизических характеристик испытываемых изделий и материалов, На фиг.! изображено устроиство, осуществляющее способ „ на фиг.2— графики, поясняющие предлагаемый способ; где а — импульс запуска. импульсного источника нагрева; бтепловой импульс в — зависимость температуры в точке нагрева от времени r — первая производная т из быточной температуры по времени д — сигнал на выходе измерителя временного интервала. устройство для осуществления способа включает объект 1 контроля„ слой 2 материала, импульсный источник 3 нагрева, устройство 4 для измерения температуры, усилитель 5, устройство 6 для определения максимума производной, измеритель 7 временного интервала, запоминающее устройство 8, первый индикатор 9, второй индикатор 10.
Способ осуществляется следующим образом.
На объект контроля 1, наппимер, из углепластика толщиной 10 мм нано1 сят слой материала.2, используя ленту типа "скотч" толщиной 0,,2 мм„ выP ) Гmb бранньпr. из условия — — -"- (--- + 100
2 ), (1} где — толщина < м л слоя (1) нанесенного материала; интервал времени..между началом импульса излучения нагрева и момента наступления максимума первой произ- водной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры; m " заданная точность ,определения теплофиэических характеристик изделия, 7.; Ь - козффи1 иент теплоусвояемости исследуемого изделия, который выбирают минимальным для данного класса яатериалов иэделия; oL — коэффициент теплоотдачи от поверхности наносимого материала к воздуху: h - коэффициент теплопроводности наносимого материала.
Нанесенный слой прозрачен для теплового излучения импульсного ис"<
На основе измеренных значений Т и ь оператор определяет теплофизические характеристики иэделия по формулам (2); (3) (4)
® а=6
%=3,12 !О <1/<,,06 10 <1/сТ <,;
0,05 q/d Т,„; ,24 10 q/d Т +<
c(=
Ь коэффициент температуропроводности .изделия; расстояние от точки нагрева до точки измерения темпегде а ратуры, коэффициент теплопроводности изделия; удельная теплсемкость изделия; избыточная температура в момент времени <, плотность изделия; коэффициент теплоусвсяемости изделия.
О
Ь точника 3 нагрева, в качестве которого.применяк>т <ампу-фотовспншку
ФИЛ-106, излучение которой с помощью зеркального конуса подводят к поверх5 ности углепластика в пятне диаметром 3 мм. На расстоянии 6 мм от зоны нагрева между липкой лентой скотч" и углепластиком укрепляют медь-константановук термопару, играющую роль устройства 4 для измеоения температуры. Сигнал термопары через усилитель ) постоянного тока поступает через дифференциатор, выполненный на основе RC-цепи, на ленту самопишущего прибора. При этом дифференциатор выполняет роль устройства 6 для определения максимума первой производной, а самопишущий прибор вместе с оператором, анализирующим записанный температурный профиль, выполняет роль измерителя
7 временного интервала, запоминающего устройства 8 и индикаторов 9 и !
О. На ленте самопишущего прибора отмечается импульс запуска лампывспышки, момент наступления максимума первой производной регистрирует оператор, находивший время c . Нарас;— тание температурного сигнала на выходе термопары записывается во втором канале самопишуцего прибора, где оператор определяет температуру T в момент времени <.
3 1265562
В частности, измеренная темпера- б туропроводность углепластика состав- с ляет а = 3,12 10 м /с. Таким образом,.способ позволяет повысить и точность измерения в несколько раз. в
Способ используется при метрологических измерениях теплофиэичес- . н ких свойств материалов и позволяет повысить точность их измерений, ис- пр ключив теплопотери излучением. 1О ма
4 ирают минимальным для данного класа материалов изделия:
01, — коэффициент теплоотдачи от оверхности наносимого материала к оздуху, ц- коэффициент теплопроводности аносимого материала;
Р— толщина нанесенного слоя, озрачного для излучения нагрева
I т ериала; о — временной интервал меящу началом импульса излучения нагрева и моментом наступления максимума первой производной зависимости избы- точной температуры во времени, а теплофизические характеристики иэделия определяют по формулам;
6,12 1О a/i, -5
3,06 10 q/ÑÒ à, 0,05 q/d Тщ, 1,24 10 q/d Т Г, ср
b где а—
3S
40 формула изобретения
Способ определения теплофнзических свойств твердых материалов, вклю- 15 чающий импульсный нагрев излучением поверхности изделия, полубесконечного в тепловом отношении, измерение мощности тепловой энергии, измерение температуры на определенном 20 расстоянии от точки нагрева, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения, на поверхность изделия наносят слой прозрачного для излучения на- 25 греза материала, измеряют временной интервал между началом импульса излучения нагрева и моментом наступления максимума первой производной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры, при этом теплофиэические характеристики наносимого материала и его толщину выбирают из условия где m — заданная точность определения теплофиэических характеристик . изделия, Ж;
Ь вЂ” коэффициент теплоусвояемости исследуемого изделия, который выл коэффициент температуропроводности изделия; расстояние от точки нагрева до точки измерения темпера-. туры; коэффициент теплопроводности изделия; удельная теплоемкость изделия; избыточная температура по-. верхности изделия в момент времени с; плотность иэделия; коэффициент теплоусвояемости изделия . мощность импульса излучения нагрева.
1265562
Я
Ю к
Составитель В.Гусева
Техред И.Попович
Корректор Л.Латай
Редактор В.Иванова
Заказ 5652/36 Тираж 778
ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4
