Способ определения температуропроводности материалов

 

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - упрощение испытаний, в том числе в случае оптически прозрачных материалов. Измерение температуропроводности основано на наблюдении за перемещением в теле образца фронта максимального градиента температур, обусловленного импульсным тепловым воздействием на поверхность образца. В случае оптически прозрачных материалов перемещение фронта максимального градиента температур выявляется как перемещение фронта максимальных термоупругих напряжений - с использованием пьезооптического эффекта. По сравнению с известными способами достигается упрощение измерений вследствие исключения оснащения образца локальными измерителями температуры. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1610414 А 1 (У1) G Ol Б 25/!8

k !

О <

l: г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4165925/31-25 (22) 08.10.86 (46) 30.11.90. Бюл. !Ф 44 (71) Университет дружбы народов им,Патриса Лумумбы (72) Н.В.Загоруйко, B.È.Ñàâåíêî, Е.А.Степанцов и H.À.Òÿïóíèíà (53) 532 ° 136 (088.8) (56) Ксрслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. — !!.: Наука, 1964> гл.4, 1 4.

Теплофизические измерения и приборы /Под общ. ред. Е.С.Платунова, Л.: !ашиностроение, 1986, с. 16-17. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕИПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ !МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических свойств

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к области измерений теплофизических свойств материалов.

Цель изобретения — упрощение испытаний, в том числе в случае оптически прозрачных материалов.

Измерение температуропроводносги основано на наблюдении за перемещением в теле образца фронта максимального градиента температур, обусловленного импульсным тепловым воздействием на поверхность образца.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства определения температуропроводности материалов. материалов. Цель изобретения — упрощение испытаний, в том числе в случае оптически прозрачных материалов.

Измерение температуропроводности основано на наблюдении за перемешением в теле образца фронта максимального градиента температур,обусловленного импульсным тепловым воздействием на поверхность образца. B случае оптически прозрачных материалов перемещение фронта максимального градиента температур выявляется как перемещение фронта максимальных термоупругих напряжений — с использованием пьезооптического эффекта. По сравнению с известными способами достигается упрощение измерений вследствие исключения оснащения образца локальными измерителями температуры.

2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Схема содержит источник 1 монохроматического света, поляризатор 2, компенсатор 3 - кристаллическую пластинку толщиной в четверть длины волнь., вырезанную из оптически одноосного кристалла параллельно его оптической оси, и анализатор 4. Оптически прозрачный образец 5, расположенный между поляризатором и компенсатором, освещают пучком параллельных монохроматических лучей поляризованного света. С помощью горизонтального микроскопа 6, содержащего окулярную измерительную шкалу, образец наблюдают в проходящем свете. Образец размещен в микропечи 7 с окнами

1610414 а Е /2о„, 2

55 где а — температуропроводность;

Z — - расстояние, измеренное по нормали к поверхности образца

8 для прохождения светового пучка.

Путем подбора углов между оптическими осями поляризатора, компенсатора и анализатора относительно образ5 ца добиваются полного погасания проходящего через анализатор системы и попадающего в микроскоп света, Таким образом при настроенной системе поверхность образца, находяшаяся в поле зрения микроскбпа, оказьщается равномерно затемненной, При анализе образцов, изготовленных из оптически изотропных материалов, при комнатной температуре указанное вьппе требование затемненного поля достигается для ненапряженного образца при скрещенном положении оптических осей поляризатора и анализатора (т.е, при "скрещенных нико- 20 ляхп}. Использование компенсатора в устройстве при этом не обязательно. Оно необходимо при исследованиях изотропных образцов при повышенных температурах, а также при анали- 25 зе оптически анизотропных материалов, При появлении в образце областей, находящихся в неоднородном напряженном состоянии, в соответствующих участках поля зрения возникают просветленные места. Таким образом образец, в объеме которого возбуждено неоднородное температурное поле и в котором распространяется соответствующий этОму пОлю фронт термОупругОи волны, 35 при наблюдении его с помошью предлагаемого устройства изображается в виде темного поля, по которому перемещается светлая полоса. Наблюдая за положением просветленной полосы в различные моменты времени, прошедшего с начала тепловото возбуждения поверхности образца, можно определить температуропроводность материала.а, 45

Микропечь 7 позволяет осуществлять

1проведение испытаний при повышенных температурах.

Б случае использования плоского точечнрго или линейного теплового воздействия на образец, полубесконечный в тепловом отношении, температуропроводность рассчитывают по формуле: от места воздействия цо точ.ки местоположения фронта;

Л

l б — время от момента теплового воздействия °

Пример 1.. Проводили определение температуропроводности оптического стекла марки ЛФ-6, Измерение проводили при комнатной температуре.

Образец представлял собой прямоугольную призму с линейными размерами

25 х 25 х 50 мм и имел одну из гра9 ней (рабочую) в виде полированной поверхности 12-14 класса шероховатости. Образец 5 помещался в микропечь 7. Путем подбора углов между оптическими осями поляризатора 2, компенсатора 3 и анализатора 4 относительно образца добивались полного погасания проходящего через систему света, Это достигалось при скрещенном положении осей анализатора и поляризатора и параллельности осей поляризатора и компенсатора.

Компенсатор в данном случае использовали для создания оптимальных условий наблюдения термоупругих напряжений. Кроме того, с этой же целью образец устанавливали так, чтобы его оптическая ось была направлена вертикально и составляла угол + 45 с о направлением колебаний электрического вектора в световой волне,прошедшей через анализатор и поляризатор. В начальный момент времени на рабочей поверхности образца создавали мгновенный тепловой поток путем быстрого прикосчовения к указанной поверхности массивной медной пластины, нагретой до 300 С. При этом в образце возникала плоская термоупругая волна, перемещавшаяся вглубь образца. Через определенные промежутки времени, фиксировавшиеся при помощи секундомера марки СДС пр-l, измеряли координату Z фронта термоупругой волны при помощи окулярной сетки горизонтального микроскопа типа 1ИР-1 с точностью до О, 1 мм. 3ат ем по полученным данным строили

-ависимость Z = f (t) . По наклону 2 этой зависимости определяли, что . а = (О, 25+0,03) х10 м /с ° Значение а для данного материала составляет

0,16 10 бм /с.

Пример 2. Проводили определение температуропроводности монокристаллов фтористого лития при температурах образца 20, 200, 350, 1610414

500 С. Образцы имели такие же геометрические размеры, ка« в примере

1, и были приготовлены выкалыванием по плоскостям спайности 1 001 . При испытаниях при повышенных температурах образцы помещались в микропечь 7, температура в печи измерялась при помощи хромель-алюмелевой термопары и поддерживалась постоянной с помощью электронного автоматического потенциометра ЗПВ-11А. В начальный момент времени на поверхности образца осуществлялось импульсное тепловое воздействие при помощи сосредоточенного {точечного) источника, выполненного в виде искрового разрядника. Распространение сферического фронта термоупругой волны в образце фиксировали с помощью пьезооптического устройства так же, как в приме— ре l. По полученным экспериментальным данным строили графики зависимости Z =. f (t), соответствующие разным температурам, и определяли соответствующие им значения температуропроводности. Зти значения приведены в таблице.

1 Г

-6

a ° I0 м /с 2 2 2 4 219 3 7

Способ согласно изобретению обеспечивает упрощение измерений за счэт

Т,Г 20 200 350 500 30 исключения локальных температурных излучений, требующих монтажа измерителей в теле образца. В случае оптп— чески прозрачных материалов зто упроще.IHe abeclle÷I íàåтся беско™тактными измере. иями.

Способ может быть испол=зов и TtpH получении кристаллов и стекол и при контроле их характеристик после получения. формула и з о б р е т е н и я

CI1oc05 определения температуропроводност;; материалов, состоящий в том. что осуществляют импульсное тепловое воздействие на поверхность образца и пс .учают инЪормацию об изменении его температурного поля в зависимости от времени, на оснсизашш чего рассчитывают искомую величину, о т л и ч а 1 шийся ",ем, что, с целью упрощения испытаний оптпчески прозрачных материалов, гиэуалпзируют в образце поле термоупругих напряжешш, регистрируют измснепие положения фронта максимальных термоупругнх напряжений во времени, а искомую величину рассчитывают по формуле а = Z /. с, где а — температуропроводность;

Z — расстояние, иэмерснное па нормали к поверхности образца от места воздействия до точки местоположения фронта; л с — время от момента теплового воздействия.

1610414

-19

Составитель B.× åðòoãðàäñêèé

Техред И.Дидык

Корректор Н. Король

Редактор А.Долинин

Заказ 3736

Тираж 497

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Е-35, Раушская наб., д. 4/5

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