Способ неразрушающего контроля теплопроводности материалов

 

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании. Свободную поверхность покрытия приводят в тепловой контакт со слоем материала с известной теплопроводностью. В плоскости контакта импульсно выделяют тепловую мощность. Далее регистрируют изменение температуры поверхности контакта. При этом температуру поверхности изменяют по закону, учитывающему толщину покрытия, радиус его кривизны и текущую температуру поверхности контакта. После регуляризации теплового режима вычисляют искомую величину. Повышение точности достигается учетом (при заданных тепловых условиях) неоднородности теплопроводности покрытия по его толщине, а также учетом его кривизны. Вычисляемая величина теплопроводности является эффективной - усредненной по толщине покрытия. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) G О) N 25/18

ОПИСЛНИК ИЗОБРКТ НИя

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О 1НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4409036/31-25 (22) 10.02.88 (46) 30.04.90. Бюл. 9 16 (71) Ленинградский технологический институт холодильной промьппленности (72) Е.А. Белов, Г.Я. Соколов и M.À. Кузьмина (53) 536. 6 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 800846, кл. G 01 N 25/18, 1979. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофиэических свойств материалов. Цель изобретения — повышение точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском и сфе,рическом металлическом основании.

Изобретение относится к способам тепловых испытаний, а именно к способам измерений теплофизических свойств материалов.

Цель изобретения — повышение точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании.

При испытаниях используется пластина из материала с известными свойствами, контактирующая с поверхностью испытуемого покрытия.

На чертеже представлено взаимное расположение объекта исследования и пластины, а также измерительных преобразователей.

„„SU„, 1561024 А1

Свободную поверхность покрытия при= водят в тепловой контакт со слоем материала с известной теплопроводностью.

В плоскости контакта импульсно выделяют тепловую мощность. Далее регистрируют изменение температуры поверхности контакта. При этом температуру поверхности изменяют по закону, учитывающему толщину покрытия, радиус его кривизны и текущую температуру поверхности контакта. После регуляризации теплового режима вычисляют искомую величину. Повышение точности достигается учетом (при заданных тепловых условиях) неоднородности теплопроводности покрытия по его толщине, а также учетом его кривизны. Вычисляемая 9 величина теплопроводности является эффективной — усредненной по толщине покрытия. 1 ил. Ю

На чертеже представлены пластина

1, объект 2 испытания, покрытие на металлическом основании, прижимное кольцо 3, нагреватели 4 и 5 поверхностной пластины, измеритель 6 температуры контактной поверхности пластин, измеритель 7 температуры внешней поверхности пластины, регулятор

8 температуры поверхности пластины, выход которого подключен к нагревателю 5, а входы — к измерителям 6 и 7 температуры и импульсный источник 9 питания, подключенный к нагревателю

5.

Способ реализуется следующим образом.

1561024

Пластина 1 устанавливается на конт" ролируемый участок поверхности иэделия. Плотное прилегание пластины к поверхности покрытия обеспечивается кольцом 3. По команде оператора ис5 точник 9 вьщеляет калиброванный импульс энергии на нагревателе 5. Одновременно начинает работать контур регулирования температуры внешней йо- 10 верхности пластины, включающий регулятор 8, нагреватель 4 и термометры

6 и 7. Температура контактной поверхности пластины 1 измеряется термометром. 6 через фиксированный интер- 15 вал времени начиная .с момента включения источника 9.

Температура внешней поверхности пластины регулируется по закону

1„Т "1 2

Т (л +д з) ш

Дь пл ., Т„ Я-Т, Способ апробирован на образцах покрытий на сферических сегментах радиусом г к = 1,0-1,6 м. Толщина покрытия из пенопласта ППУ 305А и пластика СТ варьировалась от 5 до 25 мм.

Величина плотности тепловой мощности

35 составляла 3 25 10 Вт/м . Время тепловыделения составляло 2 с. При этом на нагревателе вьщелялась удельная джоулева теплота W = 6,5 10 кДж/м

При указанных параметрах перегрев контактной поверхности не превышал 15К, что остается верным для всего класса теплоизоляционных материалов с Л (0,2 Вт/(м К). Вычисление темпа охлаждения проводилось в течение

45 всего опыта. Значение последующего темпа охлаждения сравнивалось с предыдущим. Опыт заканчивался при относительном изменении темпа охлаждения за промежуток времени д = 10 с

50 менее 1Х. Величина темпа охлаждения при исследовании слоев ППУ 305А толпщной 20.10 м составляла 3 -10 с, Время регуляризации температурного поля зависит от толщины исследуеP мого материала. Для слоев теплоизоля55 ции толщиной до 25 мм оно не rtpe- восходило 30 мин

Закон регулирования температуры обеспечивается с помощью прецизионногде Т вЂ” начальная температура; о .где r„, — радиус кривизны контактной поверхности;

Ы вЂ” плотность тепловой энергии, вьщеленной импульсным источником.

Повышение точности достигается за счет того, что при описанных граничных условиях учитывается интегральное по толщине.(эффективное) значение теплопроводности, а также за счет возможности учета кривизны поверхности покрытия.

Способ реализован в устройстве основным элементом которого является пластина из термостойкой резины толщиной 3 мм. Прижим пластины к сферической поверхности осуществляется с помощью кольца иэ винипласта диаметром

200 мм. С обоих сторон пластины наклеены нагреватели, выполненные по тонкопленочной технологии. Требуемая одномерность температурного поля в контролируемом изделии достигается путем вьщеления на контактной поверхности пластины центральной зоны с диаметром, в пять раз меньшим диаметра прижимного кольца. Для измерения температуры центральной и периферийной зон используются платиновые пленочные термометры сопротивления типа ИС-567. — время от момента теплового импульса;.

r — радиус кривизны контактной поверхности;

d — толщина покрытия.

Т„ — температура контактной поверхности.

По данным температурных измерений определяется темп охлаждения пластиНЫ где д i — интервал времени, используемый для вычисления m, Момент регуляризации теплового режима С устанавливается как начало

P постоянного значения темпа охлаждения.

Теплопроводность покрытия рассчитывается по формуле

Способ неразрушающего контроля теплопроводности материалов, заключающийся в том, что свободный участок поверхности материала приводят в тепловой контакт со слоем материала а искомую величину вычисляют по фор2 мулам:

Л ПФ%

Tg(?-)T»o r

5 l 56t 024 6 го электронно"î "РегУлятора, реализую- известной теплопроводности, в плосщего ПИД-закон Регулирования. Необхо- кости контакта импульсно выд яют димое смещение уровня регулирования те??човую мощность и измеряют иэменеотносительно температуры контактной ние температуры во времени о т л иI

1 поверхности пластины задается аппарат- " а ю шийся тем, что, с целью но с ис поль з ов анием из в ес тных элект-. повышения точности при испытаниях неронных устройств цифроаналоговой об- однородных по толщине покрытий на работки сигнала. Сигналы измеритель- плоском или сферическом высокотеплоных преобразователей температуры уси- 10 провоДном основании, Дополнительно ливаются в блоке прецизионных усили- регистрируют температурно-временную телей. зависимость контактной поверхности материалов и определяют момент регуф О р ?» у л а и 3 О б p e T Q ?» и я лЯРизаЦии этой зависимости, темпеРатуру внешней поверхности слоя задают соотношением

Ть() То +

30 где Т л

? р

Т

О », —

35 температура внешней поверхности слоя время; начальная температура; радиус кривизны контактной поверхности, искомая теплопроводность материала покрытия; толщина слоя покрь?тия; температура контактной поверхности слоя; плотность энергии теплового импульса; теплопроводность материала слоя;момент регуляризации теплового режима; темп охлаждения; интервал времени при вычислении темпа охлаждения.

1561024

Составитель В. Вертограпский

Редактор Л. Пчолинская Техфед Л.Олийнык Корректор С. Шевкун

Заказ 975 Тираж 494 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101