Устройство для определения коэффициента температуропроводности

 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано при исследовании и получении новых материалов, а также при тепловом неразрушающем контроле. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента температуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышение производительности измерений. Устройство содержит импульсный источник нагрева, датчик температуры, четыре дифференциатора, два нуль-органа, RS-триггер, генератор импульсов, схему совпадений, счетчик импульсов, цифровой индикатор, регистратор импульса нагрева, два счетчика-делителя частоты, регистр, цифровой компаратор. Устройство позволяет произвести измерение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в соответствии с выражением A = 0,09 L<SP POS="POST">2</SP>/(T<SB POS="POST">МП</SB> - M&Tgr;<SB POS="POST">P</SB>), где L - толщина плоского исследуемого образца

T<SB POS="POST">МП</SB> - время достижения первой производной хронологической термограммы максимального значения

&Tgr;<SB POS="POST">P</SB> - время максимума плотности потока энергии импульса нагрева

M - коэффициент, учитывающий конечную длительность импульса нагрева. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ з! у14Й . 3!1М

Ль И"еГ -Ю-":: «Ф? 3щ! ггт . е.г т;-" . ), 3

Гвь

Эе

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4609862/25 (22) 28,11.88 (46) 07.07.91. Бюл. N. 25 (71) Научно-исследовательский институт.иньтроскопии Томского политехнического института (72) В.В.Ширяев, А.И.Иванов и В.П.Вавилов (53) 536.63 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N . 913196, кл. G 01 N 25/18, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭ ФФ И ЦИ Е НТА ТЕМПЕ РАТУРОПРОВОДНОСТИ (57) Изобретение относится к теплофизическим измерениями может быть использовано.при исследовании и получении новых материалов, а также при тепловом нераз рушающем контроле. Цель изобретения— повышение точности определения коэффициента температуропроводности эа счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышение производительности

Изобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использова- но при исследовании и получении новых материалов, а также при тепловом неразрушающем контроле.

Цель изобретения — повышение точности определения коэффициента температуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышение производительности измерений.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные ди Ж 1661635 А1 измерений. Устройство содержит импульсный источник нагрева, датчик температуры, четыре дифференциатора, два нуль-органа, RS-триггер, генератор импульсов, схему совпадений, счетчик импульсов, цифровой индикатор, регистратор импульса нагрева, два счетчика-делителя частоты, регистр,,цифровой компаратор.

Устройство позволяет произвести измерение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в соответствии с вы ражением а= 0,09 1 /(тм -втР), где 1:тол2 щина плоского исследуемого образца: tMn— время достижения первой производной хронологической термограммы максимального значения; тр- время максимума плотности потока энергии импулЬса наг ре в а; fA — коэффициент, учитывающий конечную длительность импульса нагрева. 2 ил.

0» .аграммы измерения температуры и плотности потока энергии импульса нагрева.

О»

Устройство. содержит импульсный ис- (гд точник 1 нагрева, исследуемый образец 2, .: (Л датчик 3 температуры, первый 4 и второй 5 днфференцнаторы 5, первый нуль-орган 6,,, )» . триггер 7, генератор 8 импульсов. схему 9 . совпадений, счетчик 10 импульсов, цифровой индикатор 11; регистратор 12 импульсов нагрева, третий дифференциатор 13, четвертый дифференциатор 14, второй нуль-орган 15, первый 16 и второй 17 счетчики-делители частоты, регистр 18, циф 1661635

10 (г а= 0,139 т1/г

m.=N/Ì, 30 где m — коэффициент при гр(выражения

2 и 3), В момент rp максимальной плотности потока энергии Ф1, которая попадает на регистратор 12 импульса нагрева, на выходе второго нуль-органа 15 появляется импульс, который поступает на вход записи регистра

18, на вход данных которого поступает цифровой код с выхода первого счетчика-дели40. теля 16 частоты, равный значению J(M/f), и запоминается в регистре 18. Так как коэффицент M

N тср — гр — гр

М (5) ровой компаратор 19 и входную пусковую клемму 20, Импульсный метод определения коэффициента температуропроводности заключается в импульсном нагреве лицевой поверхности плоского исследуемого образца. При этом регистрируется кривая нарастания температуры Т(фТ вЂ” температура, твремя) тыльной поверхности исследуемого образца (фиг.2). Если импульс нагрева мгновенный (теоретический д -импульс), то, измеряя время достижения хронологической термограммой Т (r) какого-либо уровня, например уровня 0,5 Тмакс, определяют коэффициент температуропроводности а образца п.о формуле где L — толщина плоского исследуемого образца; т1/г — время достижения кривой Т (г) уровня 0,5 Тм„с.

В реальных условиях импульсы нагрева имеют конечную длительность и неучет этого факта ведет к появлению методических ошибок, особенно больших для тонких образцов высокотемпературопроводных материалов. Например, для импульсов нагрева ксеноновой лампы-вспышки пол:учена расчетная формула, учитывающая конечную длительность и форму импульса нагрева: где тр — время максимума плотности потока энергии импульса нагрева Ф(т)(фиг,2).

Форма импульса нагрева влияет на вид вводимой поправки..Вместо характеристического времени T)/2 может быть использовано время TMq достижения первой производной хронологической термограммы Т (г) максимального значения.

Для мгновенного импульса нагрева выражение для коэффициента температуропроводности в,этом случае имеет вид

Получено расчетное выражение для температуропроводности, учитывающее конечную длительность импульса нагрева ксеноновой лампы-вспышки; г (тмин — 1,7 тр

Именно с помощью этого математического выражения производится оп ределение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в устройстве, которое измеряет время (т„„— 1,7тр). Учет конечной длительности импульса нагрева позволяет избавиться от методической погрешности и тем самым повысить точность измерений. Определение за одно измерение комплекса (тмин — 1,7 тр ) позволяет повысить производительность испытаний.. Устройство работает следующим образом (фиг.1).

После нажатия кнопки "Пуск" световой поток импульсного источника 1 нагрева производит нагрев плоского исследуемого образца 2. Часть caeToaoro потока освещает регистратор 12 импульсов нагрева, запускается генератор 8 импульсов с частотоой f.

Импульсы с выхода генератора 8 импульсов одновременно поступают на входы первого и второго счетчиков-делителей, коэффициенты деления частоты которых M u N соответственно находятся в соотношениях т,р (Nlf ), то -ф — = — ф †. (4) в момент т,р на выходе компаратора 19 вырабатывается сигнал начала счета импульсов, котоРый поступает на Я-вход

RS-триггера 7. Таким образом, начиная с

1661635 начинается прохождение импульсов счета с генератора 8 импульсов через схему 9 совпадений на вход счетчика 10 импульсов, Тепловой поток от тыльной поверхности плоского исследуемого образца 2 поступает на датчик 3 температуры, выходной сигнал которого, пропорциональный температуре тыльной поверхности плоского исс- 10 ледуемого образца 2, поступает через первый 4 и второй 5 дифференциаторы и нуль-орган 6 на R-вход RS-триггера 7 и устанавливает его в момент т,;л в состояние запрета счета импульсов счетчиком 10 им- !5 пульсов. В этот момент времени на цифоовом индикаторе 11 высвечивается значение временного промежуткз (..;.;д — m -г ) . Выходной потенциал триггера 7 разрешает или запрещает прохождение импульсовсчета с 20 выхода генератора 8 импульсов через схему 9 совгадений на вход счетчика 10, Состояние счетчика 10 в момент времени (tM< — m tp } фиксируется и отображается цифровым индикатором 11. 25

Таким образом, устройство позволяет определить скорректированное время процесса теплопередачи (r < — m тр), величина которого необходима для определения более точного значения коэффициента тем- 30 пературопроводности, Коэффициент m определяет значение коэффициентов деления

М и N счетчиков-делителей частоты. Устройство реализовано в виде комплекса аппара туры, включающего в качестве источника импульсного нагрева лампу-вспышку, инфракрасный пирометр — датчик температуры и импульсный цифровой макетный блок.

Коэффициент m=1,7 согласно выражению (3). При этом коэффициенты деления счетчиков-делителей частоты при частоте генераторов 8 f=1 МГц равны соответственно 1000 и 1700.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициента температуроп роводнасти, содержащее импульсный источник нагрева, оптически связанный с регистратором импульсов нагрева и через исследуемый образец с датчиком температуры, который подключен через последовательно соединенные первый и второй дифференциаторы и первый нуль-орган к R-входу Rs-триггера, выход которого соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, выход схемы совпадения соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с цифровым индикатором, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента температуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышения производительности измерений, в устройство дополнительно введены третий и четвертый дифференциаторы, второй нульорган, регистр, первый и второй счетчикидилители частоты, цифровой компаратор, причем выход регистратора импульсов нагрева подключен через последовательно соединенные третий и четвертый дифференциаторы и второй нуль-орган к входу записи регистра, вход данных регистра подключен к выходу первого счетчика-делителя частоты, а выход данных регистра соединен с

-первым входом цифрового компаратора, к второму входу которого подключен выход второго счетчика-делителя частоты, а выход цифрового компаратора соединен с $-входом RS-триггера, выход генератора импульсов соединен с входами первого и второго счетчиков-дилителей частоты, вход генератора импульсов соединен с входом импульсного источника нагрева и входной пусковой клеммой.

1661635

Составитель Л.Твлонина

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор H.ßöîëà

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

Заказ 2118 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета f3o изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

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