Устройство для измерения характеристического времени процесса теплопередачи

 

Изобретениа касается тепловых измерений. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Импульсный источник нагрева 1 нагревает образец. Датчик начала импульсного нагрева 2 выраЬатб&ает сигнал Пуск, который поступает на R-вход RS-триггера 14, вьпсодной сигнал которого разрешает прохождение импульсов счета через схему И 16. Измеритель температуры 3 регистрирует нарастание температуры . со стороны образца противоположной нагреву. Выходной сигнал измерителя температуры 3 (U) поступает на входы усилителей 4 и 7 основного и дополнительных каналов, проходит через дифференциаторы 5 и 8 каждого из каналов на входы экстрематоров 6 и 9. В зависимости от амплитудно-временных параметров сигнала Ug сигнал Стоп формируется в одном из каналов и через схему ИЛИ 13 поступает на S-вход триггера 14, выходной сигнал которого после поступления сигнала Стоп запрещает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 через схему И 16 на вход счетчика 17. Показания счеТчика соответствуют характеристическому времени процесса теплопередачи и фиксируются на индикаторе 18. 3 ил. Ш (Л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

22 2 А1 (19) (11) (Ю 4 G 01 К 17/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:Ь

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4197035/31-10 (22) 23.02.87 (46) 07.0 .88. Бюл. 11 33 (72) В.Г. Бобков, В.П. Вавилов, В.Г. Гладкова, А.И. Иванов, В.А. Иващенко и В.В. Ширяев (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 621995, кл. С 01 N 25/18, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9 913196, кл. G 01 N 25/18, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ (57) Изобретение. касается тепловых измерений. Целью изобретения является расширение функциональных возмож.ностей устройства. Импульсный источник нагрева 1 нагревает образец. Датчик начала импульсного нагрева 2 вырабатйвает сигнал "Пуск", который поступает на R-вход RS-триггера 14, выходной сигнал которого разрешает прохождение импульсов счета через схему И 16. Измеритель температуры 3 регистрирует нарастание температуры . со стороны образца противоположной нагреву. Выходной сигнал измерителя температуры 3 (U ) поступает на входы усилителей 4 и 7 основного и дополнительных каналов, проходит через дифференциаторы 5 и 8 каждого из каналов на входы экстрематоров 6 и 9..

В зависимости от амплитудно-временных параметров сигнала U сигнал

"Стоп" формируется в одном из каналоФ и через схему ИЛИ 13 поступает на

S-вход триггера 14, выходной сигнал которого после поступления сигнала

"Стоп" запрещает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 через схему И 16 на вход счетчика 17.

Показания счетчика соответствуют характеристическому времени процесса теплопередачи и фиксируются на индикаторе 18, 3 ил.

1422026

Изобретение относится к тепловым измерениям и -может быть использовано для определения коэффициента температуропроводности материалов, а также в тепловом неразрушающем контроле °

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — хронологические термограммы

Контролируемых образцов (а) и выходные сигналы дифференциаторов основно- 15 го (б) и дополнительных каналов (в,г); на фиг, 3. — частотные характеристики реальных дифференциаторов основного и дополнительных каналов.

Устройство для измерений характеристического времени процесса теплопередачи содержит импульсный источник 1 нагрева, датчик 2 начала им" пульсного нагрева, измеритель 3 температуры с усилителем 4, дифференциа- 25 тор 5, экстрематор 6, Нканалов, каждый из которых содержит усилитель 7, дифференциатор 8, экстрематор 9, схему И 10, компаратор 11 и RS-триггер

12, схему ИЛИ 13, RS-триггер 14, генератор 15, схему И 16, счетчик 17, индикатор 18 и образец 19.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный источник 1 нагрева, например лампа-вспышка, производит нагрев образца 19. Изменение температуры обратной поверхности образца регистрируется измерителем температуры

3, напРимеР ИК-Радиометром. Сигнал 40

"Пуск" формируется датчиком 2 начала импульсного нагрева путем регистрации потока нагрева от импульсного источника 1 нагрева. Хронологическая термограмма с выхода измерителя 3 температуры поступает на входы усилителя 4 основного канала и усилителей 7 каждого из N каналов, дифференцируется дифференциатором 5 основного канала и дифференциаторами 8 каждого из N каналов. Экстрематоры 6 и 9 вырабаты50 вают сигналы "Стоп" в момент максиму" ма первой производной температурной кривой. Так .как сигнал с выхода измерителя температуры 4 поступает одновременно на входы основного и допол55 нительно введенных каналов, то начиная с i-ro канала на выходах усилителей 7 этих каналов появляется сигнал с ограничением и экстрематоры 9 этих каналов вырабатывают сигнал "Стоп" раньше наступления максимума первой производной температурной, кривой.

Для исключения этих сигналов в каждый канал введены схемы защиты, содержащие компаратор ll, RS-триггер 12 и схему И 10. Сигнал с выхода дифференциатора 9, превышающий пороговый уровень U (áëèçêèé к уровню ограничения), вызывает переключение компаратора 11, выходной уровень которого переключает триггер 12 в состояние логического "0", которое запрещает прохождение сигнала "Стоп" через схему И 10. Возврат триггера 12 в состояние логической "1" происходит после нажатия кнопки "Сброс".

Таким образом, на вход схемы ИЛИ

13 поступают сигналы "Стоп" с выходов экстрематора 6 основного канала и экстрематора 9 через схемы И 10 i-1 канала, которые либо соответствуют моменту максимума первой производной, либо запаздывают относительно этого момента. Опережающие сигналы "Стоп" с i-ro no N-й канал не проходят на схему ИЛИ 13.

Измеритель временного интервала, содержащий RS-триггер 14, генератор

15, схему И 16, счетчик 17 и индикатор 18, включается сигналом "Пуск" с выхода датчика 2 следующим образом.

Сигнал "Пуск" переводит RS-триггер

l4 в состояние логической "1", котоРое разрешает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 на вход счетчика 17. Останов счета производится следующим образом., Сигнал

"Стоп" с выхода схемы ИЛИ 13 переводит триггер 14 в состояние логического "0", которое запрещает прохождение импульсов счета на вход счетчика

17. Состояние счетчиков индицируется цифровым индикатором 18. Сброс счетчика производится нажатием кнопки "Сброс".

Амплитуда сигнала с выхода измерителя 3 температуры обратно пропорциональна толщине при постоянном значении коэффициента температуропроводности а (фиг. 2а, кривые 20,21,22).

С ростом толщины образца 1 увеличивается значение характеристического времени, в качестве которого выбран момент максимума первой произ- водной сигнала 7 (хронологической термограммы). з 142

Таким образом, увеличение толщины образца 1 ведет к увеличению значения характеристического времени и сдвигу спектра. сигнала Ч в низкочастотную область ° Поскольку амплитудно-частотная характеристика реального дифференциатора (фиг.3) линейно спадает

I с уменьшением частоты сигнала, то амплитуда сигнала после дифференцирова1 ния Ч будет уже обратно пропорцио нальна квадрату толщины образца (фиг. 26). Точность формирования сигнала "Стоп" экстрематором, соответствующего моменту, определяется величиной отношения сигнал/шум после дифференциатора. Максимальное значение этого отношения, а следовательно и точность срабатывания экстрематора достигается у сигналов (образцов), для которых выполняется условие

52 — = (1) Ъ где Д вЂ” верхняя граничная частота дифференциатора.

Поэтому для расширения диапазона измеряемых характеристических времен с высокой точностью (например, при увеличении толщины образцов) необходимо вводить дополнительные каналы определения, аналогичные основному, для которых выполняется условие (1) .

Поскольку каждый дополнительный канал, вводимый для измерения больших значений (больших толщин образ1 цов), принимает сигнал V - -—, то

его необходимо усиливать, причем чем больше С,„, тем больше должно быть усиление этого сигнала в канале.

После прохождения сигнала Ч (1)) через дифференциатор основного канала (фиг. 26, кривая 23) формируется сигнал "Стоп" экстрематором этого канала. Во всех остальных каналах сиг нал V> (Ь|) на выходе дифференциатора ограничен по амплитуде (фиг. 2в,г, кривые 24, 25) из-за большего усиления сигнала V, но сформированные сигналы "Стоп" экстрематорами дополнительных каналов (опеража1ощие достоверный сигнал Стоп ) заблокированы схемами И дополнительных каналов.

В случае прохождения сигнала V с па" раметром с. большим, чем максимальное значение (L ) основного канала, экстрематор основного канала не сможет сформировать сигнал "Стоп", 2026

Истинный сигнал "Стоп" формируется экстрематором одного из дополнительных каналов. Для сигнала V (L ) (фиг. 2а, кривая 21) сигнал "Стоп"

5 формируется в момент ь, (фиг. 2в, / кривая 27), для сигнала V (L,) — в момент Т,„ (Ь ) и т.д. На фиг. 2 и 3 показаны кривые 26, 28-34.

Основной канал позволяет измерять характеристическое время в диапазоне

20-100 мс. Введение дополнительных каналов и их объединение в устройстве позволяет расширить диапазон измеряемых характеристических времен до

600 ис (для двух дополнительных каналов) и до 1,8 с (для трех дополнительных каналов).

Таким образом, совокупность предложенных дополнительных каналов и их объединение в устройстве позволяет расширить диапазон измеряемых характеристических времен, номенклатуру контролируемых материалов и диапазон толщин образцов.

Формула изобретения

Устройство для измерения характеристического времени процесса тепло- . передачи, содержащее импульсный источник нагрева, последовательно соединенные измеритель температуры, уси36 литель, дифференциатор и экстрематор, состоящий из второго дифференциатора и нуль-органа, RS-триггер и измери тель временного интервала, содержащий датчик начала импульса нагрева и последовательно соединенные генератор, схему И, счетчик и индикатор, причем выход датчика начала импульса нагрева подключен к R-входу RS-триггера, выход RS-триггера связан с вторым входом схемы И, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в устройство введены N каналов, каждый иэ .которых содержит последовательно соединенные усилитель, дифференциатор и экстрематор, компаратор, первый вход которого подключен к выходу дифференциатора, RS-триггер канала, R"âõîä которого связан с выходом компаратора, схему И, первый вход кото55 рой соединен с выходом экстрематора, ;а второй — с выходом RS-триггера ка нала, причем выходы схемы И каждого из N каналов и выход первого экстре5 142 матора через схему ИЛИ подключены к S-входу RS-триггера устройства, вторые входы компараторов подключены к общему источнику опорного напряжения, а кнопка "Сброс" соединена с

2026 6

S-входами RS-триггеров каждого из N каналов и входом предустановки счетчика, входы усилителей Я каналов подключены к выходу измерителя темпера5 туры.