Способ определения температуропроводности материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! I) (ss)s 6 01 И 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4726968/25 (22) 02.08.89 (46) 30,11.91. Бюл. М 44 (71) Свердловский инженерно-педагогический институт (72) С.Г.Горинский (53) 698,8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1226235, кл. 6 01 N 25/18; 1984.

Авторское свидетельство СССР N.1073662, кл. 8 01 N 25/18, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технической физике и решает задачу определения тем-. пературопроводности твердых тел, а также неразрушающего контроля образцов. Цель изобретения — упрощение способа и повышение производительности. Для этого нагревают исследуемые образцы точечным источником энергии, измеряют тепловое

:излучение от поверхностей образцов датчиИзобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств твер-. дых тел, а также для нераэрушающего активного теплового контроля материалов и иэделий.

Цель изобретения — упрощение способа и повышение производительности.

На фиг.1 представлена схема устройстas, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 — график температурного профиля.

Устройство состоит иэ подвижной платформы 1, связанной с приводом 2 платформы, сосредоточен ного источника 3 тепловой ком температуры при относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного источником энергии, сканируют тепловое излучение от поверх) остей исследуемых образцов датчиком температуры со сканирующей системой по прямой, пересекающей линию нагрева на фиксированном расстоянии от точки нагрева под прямым углом, измеряют амплитуды импульсных сигналов датчика, возникающих при сканировании, дополнительно измеряют расстояние между точкой нагрева и линией сканирования, скорость перемещения точечного источника тепловой энергии относительно образцов, опре-. деляют зависимость между координатой точки визирования и фазой колебания ckaнирующей системы, измеряют длительность импульсных сигналов датчика температуры на уровне, составляющем фиксированную часть от амплитуды импульсных сигналов, после чего определяют температуропроводность. 2 ил. энергии, радиометра 4, снабженного скани. рующей системой 5. Выход радиометра 4 соединен последовательно с усилителем 6, амплитудным детектором 7, Выход амплитудного детектора 7 соединен через делитель 8 напряжения с одним из входов компаратора 9. с вторым входом которого соединен выход усилителя 6. Выход компаратора подсоединен к входу измерителя 10 длительности прямоугольных импульсов, к выходу которого пОдсоединен регистратор

11.

Подвижная платформа 1 представляет собой прямоугольную пластину, располо1695203 женную на двух параллельных направляющих. В пластине имеется прямоугольное окно, обеспечивающее нагрев и измерение температуры нижних поверхностей исследуемых образцов 12, располагаемых на платформе 1. Привод 2 платформы представляет собой электрический реверсивный двигатель со схемой управления, обеспечивающей через винтовую передачу перемещение платформы в двух направлениях со скоростью 1 — 10 мм/с.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют скорость перемещения подвижной платфоомы V, расстояние между точкой нагрева и линией сканирования Хо.

Исследуемые образцы 12 располагают на подвижной платформе и включают привод 2 платформы, При перемещении. платформы происходят нагрев образцов сосредоточенным источником 3 тепла и измерение теплового излучения по линии, перпендикулярной линии нагрева, с помощью радиометра 4 со сканирующей системой 5. На выходе радиометра 4 фОрмируется периодическая последовательность импульсных сигналов, Усиленный усилителем 6 сигнал попадает на амплитудный детектор 7, формирующий постоянное (иЛи медленно меняющееся) напряжение, равное амплитуде Чмакс, которое через делитель 8 напряжения с коэффициентом в» 0,5 подается на один из входов компаратора 9. На второй вход компаратора 9 поступает напряжение с выхода усилителя

6. Компаратор 9 сравнивает эти два напряжения и формирует импульсы, длительность положительной части которых равна длительности импульсов с выхода усилителя 6 на половине их высоты. Измеритель 10 длительности прямоугольных импульсов, представляющий в данной схеме параметрический стабилизатор амплитуды импульсов и сглаживающий фильтр, преобразует длительность импульсов в постоянное (или медленно меняющееся) напря>кение, которое регистрируется самопишущим регистратором 11.

На основании записанного на диаграммной ленте регистратора 11 значения напряжения измеряют длительность импульсов на половине их высоты и по этой длительности определяют ширину Л у температурного профиля науровне вотмаксимального значения температуры, а температуропроводность рассчитывают по формуле, полученной на основании решения уравнения теплопроводности при условии нагрева полубесконечного твердого тела подвижным точечным источником энергии постоянной мощности ((Ь(//2х, )

2 а=чх, Ъ ге(еггх ° Иу/гх,i где а — температуропроводность, Известно, что при нагреве поверхности полубесконечного тела точечным источни10 ком тепла избыточнаятемпература Овточке поверхности тела с координатами (х, у) в системе координат с центром в точке нагрева и осью Х, направленной по вектору скорости V, определяется формулой

Е(хг(= ех((- — "„(ггхх (г-(х ), ((( где q — мощность точечного источника тепла;

20 А — теплопроводность;

V — скорость перемещения.

Если точку измерения температуры перемещать по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом на рассто25 янии Хо от точки нагрева, то зависимость избыточной температуры от координаты будет иметь вид, приведенный на фиг.2.

Максимальное значение О„„, избыточной температуры наблюдается на оси х.

30 в„.„=, +-. (2)

Если провести прямую линию на уровне

О=Омакс в, (N <1), то она пересечет и рофил ь избыточной температуры в точках

+уж, — ув (фиг,2.), В этих точках должно выполняться условие

О(хо уш) =©Омакс (3)

С учетом (1) отсюда можно получить уравнение о ех((— ге(" гхг "()= гг,„. (4)

2 Ъ X0 44)И решая которое, можно получить указанную формулу для определения температуропро водности.

При постоянных значениях хо, Ча и длительности импульсов на фиксированном уровне от амплитуды шкалу регистратора

11 можно непосредственно проградуировать в единицах температуропроводности.

Формула изобретения

Способ определения температуропроводности материалов, включающий нагрев исследуемого образца точечным источником тепловой энергии, измерение теплового излучения от образца датчиком температуры, жестко связанным с источником, при относительном перемещении образца и датчика с источником излучения с

1695203

Составитель H.Ãðèùåíêî

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Шевкун

Редактор А.Лежнина

Заказ 4158 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 постоянной скоростью путем сканирования датчиком поверхности образца по линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом на фиксированном расстоянии отточки нагрева, отл и ча ю щи йс я тем, что, с целью упрощения способа и повышения производительности, сканирование проводят периодически, измеряют длительность возникающих импульсных сигналов датчика температуры на уровне, составляющем фиксированную часть от амплитуды импульсных сигналов, после чего температуропроводность определяют по формуле

l2 Гг

t 1 < (Ь /2 хо)

2 а=чх, 5 е иБ.сьцю,) где а — температуропроводность;

Ч вЂ” скорость перемещения точечного

5 источника энергии относительно образцов; хо — расстояние между точкой нагрева и линией сканирования; а — относительный уровень, на котором измеряется длительность импульса;

10 b, у — ширина температурного профиля на уровне и от максимального значения температуры, определяемая по измеренной длительности импульсных сигналов датчика на этом уровне, Д