Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов

 

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения теплои температуропроводности материалов неразрушающим методом. Цель изобретения - повышение точности. На плоской поверхности исследуемого материала устанавливают линейный источник тепла. После подачи теплового импульса замеряют температуру в трех точках, расположенных по перпендикуляру к линейному источнику тепла. Причем измерение температур осуществляют в момент достижения в средней точке максимального значения температуры 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st) s G 01 N 25/18

i 0ÑÓÄÀÐÑ1 ÂÅÍÍÛÉ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) Π—. -а(—,+ — ) =0; (1) дт д2Т д2Т

Хг дУ

Т!,, =0 (2) (21) 4696301/25 (22) 20.04.89 (46) 15.03.91. Бюл. М 10 (71) Институт технической теплофизики

АН УССР и Опытное конструкторско-технологическое бюро с экспериментальн ы м производством теплофизического приборостроения Института технической теплофизики АН УССР (72) В.В.Платонов и В,Г.Мишутин (53) 536.6(088.8) (56) Авторг.,ое свидетельство СССР

N 1193555, кл. G 01 N 25/18, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 834480, кл. G 01 N 25/18, 1981.

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения тепло- и температуропроводности материалов неразрушающим методом.

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже дана схема для реализации предлагаемого способа.

На плоской поверхности полубесконечного в тепловом отношении материала устанавливают импульсный источник 1 тепла и датчик температуры с тремя термопарами 2, расположенными по перпендикуляру к линейному источнику тепла на поверхности исследуемого материала 3.

После подачи теплового импульса на источник тепла включают в работу следящую систему(не показана), подключенную к трем термопарам, и регистрируют момент времеЯЛ, 1635099 А1 (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения тепло- и температуропроводности материалов неразрушающим методом. Цель изобретения— повышение точности. На плоской поверхности исследуемого материала устанавливают линейный источник тепла. После подачи теплового импульса замеряют температуру в трех точках, расположенных по перпендикуляру к линейному источнику тепла. Причем измерение температур осуществляют в момент достижения в средней точке максимального значения температуры. 1 ил. ни, при котором температура в дополнительной точке (Tz) достигает своего максимального значения, В этот момент измеряют температуру в первой (Ti) и третьей (Тз) точках и используют эти значения уже для расчета тепло- и температуропроводности.

Формулы для расчета указанных характеристик получены из решения уравнения теплопроводности при действии импульсного линейного источника тепла на поверхности полуограниченного в тепловом отношении материала:

1635099

-Л ат fQ(5(t)nPvx =O,Z=O; (3) Z 0 прих >O,Z=O;

Д (х=о (4) х хз где Т вЂ” температура;

X,Z, Y — координаты; т- время; аЯ- коэффициенты температуропроводности и теплопроводности;

Q — количество тепла, выделяемое с единицы длины линейного источника тепла в единицу времени; д (t) — единица времени (дельта-функция), Решение системы уравнений (1К4) для поверхности тела (Z=O) имеет вид

Х

T (X,т) 2 Д вЂ” exP(4 ) (5)

Отсюда в момент времени измерения (т = гизм) температур при условии достижения в Тг максимальной температуры

Тг = макс, (6) получают

T1 =

Q X)

2ла г, ехр (4а деизм

Тэ =

2ла а„,„аа а„а„ ехр(— ) ..

Используя выражение (7) для вычисления соотношений T1/T2; Т1!Тз и T2/Tç, получают зависимость для расчета а и 1, исследуемого материала

Х3 — Х1

Т1

47изм IA() Тэ (8) Л вЂ” ехр — ), (9) Q х

27а аизм Тг 4а аизм где Х1, Хг, Хэ — координаты расположения термопар на поверхности материала.

Формула (9) получена из второго равенства (7).

Для подтверждения положительного эффекта от использования изобретения проведен параметрический расчет теплового состояния исследуемого материала при заданных значениях теплопроводности и температуропроводности материала г (2 =170; а =5,8 10 — ).

В моментдостижения вточке Хг максимального значения температуры расчетная величина температуропроводности составляет 5,8228" х10 м /с. Для моментов времени до и после

-5 2 достижения в точке Хг максимального значения температуры расчетные значения температуропроводности соответственно составляют

5,843 10 м /с и5,945 -10 м /с, Наличие оптимального времени измерения температуры (при T2= макс), соответ15 ствующего минимальному значению погрешности определения искомых характеристик, связано с наибольшим тепловым откликом эоны исследуемого материала, в которой расположены точки измерения температуры материала.

Использование данного изобретения позволяет повысить точность определения тепло- и температуропроводности материалов

25 неразрушд1ощим методом.

Формула изобретения

Способ комплексного определения теплофиэических характеристик материалов. включающий нагрев плоской поверхности материала линейным импульсным источником тепла постоянной мощности, измерение в заданный момент времени температуры в двух точках, расположенных по перпендикуляру к линейному импульсному источнику тепла, и последующий расчет искомых характеристик, отличающийся тем. что, с целью повышения точности, измеряют температуру в дополнительной точке, расположенной между двумя первыми точками, температуру в которых регистрируют в момент достижения максимальной температуры в дополнительной точке, а искомые характеристики определяют по формулам:

Х -X)

45 Т1

4 деизм Ь (— )

Тэ

А = Q/(27гr<» Тг) ехр (— X)/4а тизм), где аЯ вЂ” соответственно температуропроводность и теплопроводность исследуемого материала;

X1,Õã,Хз — координаты точек, в которых измеряется температура;

T1,Ò2,Тз — измеренные значения температур в точках Х1,Х2.ХЗ: аизм время достижения максимального значения температуры в дополнительной точке Х2;

0 — количество тепла, выделяемого с единицы длины линейного источника тепла.

1635099

Составитель В.Марченко

Техред М,Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор М.Петрова

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

Заказ 752 Тираж 390 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5