Способ определения температуропроводности материалов

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств твердых тел, а также для неразрушающего контроля материалов и изделий. Цель изобретения - упрощение определения температуропроводности и повышение его точности . Поставленная цель достигается тем, что нагрев образцов осуществляют движущимся точечным источником энергии и измеряют тепловое излучение от поверхности образцов датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии при периодическом сканировании теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры, определяют температуропроводность по длительности импульсных сигналов датчика на уровне, составляющем фиксированную часть от амплитуды импульсных сигналов, при этом сканирование производят по окружности с центром в точке нагрева.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759468/25 (22) 20.11.89 (46) 15.08.92. Бюл. ¹ 30 (71) Свердловский инженерно-педагогический институт (72) С. Г. Горинский (56) Авторское свиде«тельство СССР

¹ 837086, кл. G 01 N 25/18, 1980.

Авторское свйдетельство СССР

N 1695203, кл. G 01 N 25/18, 1989. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОП РО ВОДНОСТИ МАТЕ РИАЛ О В (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств твердых тел; а также для неразрушающего контроля материалов и изделий, Цель изоИзобретение относится к технической физике и может быть использовано при oriределении теплофизических свойств твердых тел, а также для неразрушающего активйого теплового контроля материалов и изделий.

Наиболее близким по технической сущности решением, B3ATbfM за прототип, является способ определейия температуропроводности материалов, включающий нагрев образцов точечный ис точником энергии, измерение теплового из. лучения от поверхностей образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по" прямой линии образцов и датчика, жестко связанного с

„, Ы„„1755148 А1 2 бретения — упрощение определения температуропроводности и повышение его точности. Поставленная цель достигается тем, что нагрев образцов осуществляют движущимся точечным источником энергии и измеряют тепловое излучение от поверхности образцов датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии при периодическом сканировании теплового излуче- . ния от поверхностей образцов датчиком температуры, определяют температуропроводность по длительности импульсных cRrналов датчика на уровйе; составляющем фиксированную часть от амплитуды импульсных сигналов, при этом сканирование производят по окружности с центром в точке нагрева. 2 ил. источником энергии, периодическое сканирование теплового излу еййя от поверхностей образцов датчиком температуры, определение скорости перемещения точечного источника относительно образцов и амплитуд импульсных Сигналов датчика температуры, измерение длительности импульсных сигналов датчика температуры на уровне, составляющем" фиксированную часть от амплитуды ймйульсных сигйалов, и определение по ним температуропроводности исследуемых образцов, В данном способе сканирование осуществляют путем колебания площадки визирования по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом, измеряют расстояние от

1755148

15

3 точки нагрева до траектории сканирования, адля определения расстояния между точка ми на линии сканирования, в которых урр- .. вень сигнала датчика температуры составляет фиксированную часть от амплитуды, определяют зависимость между координатой точки визирования и фазой колебания сканирующей системы.:

Недостатки способа — сложность определения температуропроводности и низкая его точность.

Цель изобретенйя "- уйрощение определения температуропроводности и повышение его точности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения теплофизических характеристик материалов, включающем нагрев образцов точечным йсточником энергии, измерение теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного с источником энергии, периодическое сканирование теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры, определение скорости перемещения точечного источника относительно образцов и амплитуд импульсных сигналов датчика температуры, измерение длительности импульсных сигналов датчика температуры на уровне, составляющем фик- сированную часть от амплитуды импульсных сигналов, и определение по ним температуропровадности исследуемых образцов, сканирование производят по окружности с центром в точке нагрева, определяют радиус этой окружности и пери.- од сканирования, а температуропровод. ность определяют по формуле: .. отверстием расположено так, чтобы обеспечить нагрев образцов 2 и 3 источником 1 и, кроме того, совместно с вращающимся зер..калом 5 обеспечить круговую траекторию

5 вращения площадки визирования датчика

6 температуры с оптической системой. При этом центр окружности вращения площадки визирования совпадает с точкой нагрева.

Для выполнения кругового вращения площадки визирования зеркало 5 установлено так, чтобы нормаль к его поверхности была под углом 30 к оси вращения двигателя 7, соединенного с тахометром 8. Выход датчика 6 последовательно соединен с усилителем 9, амплитудным детектором 10 и первым регистратором 11. Выходы усилителя 9 непосредственно, а амплитудного детектора 11 —. через делитель 12 подсоединены ко входам компаратора 13, выход которого соединен последовательно с измерителем 14 длительности импульсов и вторым регистратором 15.

Способ осуществляют следующим образам.

Расположенные на платформе образцы

2 и 3 перемещают с постоянной скоростью в пределах 2 — 10 мм/с относительно неподвижного источника 1 и датчика 6. Скорость перемещения ч определяют по измеренной

30 с помощью тахометра (на схеме не указан) скорости вращения двигателя с учетом характеристики редуктора и ходового винта. (Возможно осуществление способа с перемещением жестко связанных источника 1 и датчика 6 относительно неподвижных образцов). С помощью тахометра 8 определяют период Т вращения зеркала 5. Радиус вращения пятна визирования R определяют расчетным путем.

При перемещенйи платформы происходит нагрев образцов 2 и 3 источником 1

Датчик 6 за счет вращения зеркала 5 скани55 где а — температуропроводность; ч — скорость перемещения точечного источника энергии относительно образцов;

R — радиус окружности сканирования;

Т вЂ” период сканирования;

tt — длительность импульсных сигналов датчика температуры на уровне Um/Ê;

Um — амплитуда импульсных сигналов;.

К вЂ” коэффициент, К > 1.

На фиг. 1 приведена схема осуществления данного способа; на фиг. 2 — вид зави: симостй избыточной температуры от фазы сканирования.

Сосредоточенный источник 1 энергии расположен йод платформой с исследуемыми образцами 2 и 3, Наклонное зеркало 4 с рует тепловое излучение от поверхностей образцов 2 и 3 по круговой траектории с центром в точке нагрева. На выходе датчика

6 формируется последовательность импульсов, форма которых отражает зависимость температуры в точке визирования от фазы сканирования (фиг. 2). Можно показать, что амплитуда этих импульсов обратно прапорциональна теплопроводности образцов, а ширина зависит от температуропровадности по формуле (1). Усиленные усилителем 9 импульсы попадают на вход амплитудного детектора 10. С помощью регистратора 11 регистрируют амплитуды импульсов, на основании которых можно определить теплопроводность. На вход компаратора 13 подаются два напряжения. Первое — с выхода усилителя 9 — характеризует мгновенное

: 1755148

v R (1 — cos Т") 5 значение температуры. Второе — с выхода амплитудного детектора 10 через делитель напряжения 12 — равно фиксированной части от амплитуды. Компаратор 13 сравйивает эти напряжения и вырабатывает прямо- 5 угольные импульсы, длительности которых равны длительности импульсов датчика 6 на уровне, составляющем фиксированную часть от амплитуды. Измеритель длительности 17 вырабатывает уровень напряжения, 10 пропорциональный длительности прямоугольных импульсов. Это напряжение регистрируют с помощью регистратора 15. На основании зарегистрированных длительностей ймпульсов определяют температуроп- 15 роводность по формуле (1).

Технико-экономическая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипоя при использовании его в приборах для определения теплофизических 20 свойств материалов обусловлена заменойсложной и недостаточно стабильной операции колебания рабочего элемента сканирующего устройства более простой и стабильной операцией вращения, что по- 25 зволяет реализовать способ с меньшими затратами и погрешностью.

Формула изобретения

Способ определения температуропро- 30 водности материалов, включающий нагрев образцов точечным источником энергии, измерение теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного с источникой энергии,- периодическое сканирование" теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры; определение скорости перемещения точечного источника относительно образцов и амплйтуд импульсных сигналов датчика температуры, измерение длительности импульсных сигналов датчика темпе- ратуры на уровне, составляющем фиксирован ную часть от амплитуды им пул ьсных Сигналов, и определение-по ним" темпе ратуропроводн ости исследуемых образцов, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения температуропроводности и повышения его точности, сканирование и роизаодится по окружности с центром в точке. нагрева, а температуропроводность а определяют по формуле где ч — скорость перемещейия точечного источника энергии относительно образцов;

R — радиус окружности сканирования;

Т вЂ” период сканированйя;

t< — длительность импульсных сигналов датчика температуры на уровне Vm/К;

Vm — амплитуда импульсных сигналов;

К вЂ” коэффициент, К > 1, 1755148

Составитель С.Горинский

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор M.Tîàòèí

Заказ 2887 Тираж, ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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