Способ определения температуропроводности материалов

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических характеристик твердых тел, а также дли йеразрушэющего активного теплового контроля материалов и изделий. Цель изобретения-упрощение определения температуропроводности, для этого при периодическом сканировании теплового излучения от образцов одновременно с амплитудным значением измеряют среднее значение сигнала датчика и по этим значениям определяют температуропроводность образцов. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБлик (я)э G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4762698/25 (22) 28.11,89 (46).15.08.92; Бюл, № 30 (71) Свердловский инженерно-педагогический институт (72) С. Г. Горинский (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1201742, кл..G 01 N 25/18, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1695203, кл. 6 01 N 25/18; 1989. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРО П РО ВОДНОСТИ МАТЕ РИАЛОВ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано npN on" ределении теплофиэических характеристик твердых тел, а также для нераэрушающего активного теплового контроля материалов и изделий.

Наиболее близким по техйической сущности решением, взятым эа прототип, является способ: определения . температуропроводности матерйалов, включающий нагрев образцов точечным ис- точником энергии, измерение теплового излучения от поверхности 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 по траектории, не пересекающей точку нагрева, и с максимумом температуры, находящимся в точке пересечения с линией

ЯЛ 1755149 А1

2 (57) Изобретение. относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических характеристик твердых тел, а также д а йеразрушающего активного теплового контроля материалов и изделий. Цель изобретения -упрощение определения температуропроаодности, для этого при периодическом сканировании теплового излучения от образцов одновременно с амплитудным значением измеряют среднее значение сигнала датчика и по этим значениям определяют температуропроводность образцов. 3 ил, нагрева, измерение амплитудного значения имйульсного сигнала датчика, определение скорости перемещенйя источника энергии относительно образцов и зависимости координат точки визированйя датчика от времени. В этом способе сканирование пройзводят по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом. Температуропроводность определяют по длительности импульсного сигнала датчика температуры на уровне, составляющем фиксированную часть от его амплитудного значения.

Недостатком способа является сложность определения температуропроводности.

Цель изобретения — упрощение определения температуропроводности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения температуропроводности материалов, включающем нагрев образцов точечным источйиком энергии, из1755149

Ч " Xo

Мерехнихе теплового излучения от поверхностей образцов, датчиком температуры при взаимном относительном перемехщенсии по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного с источником энергии, периоди- 5 ческае сканирование теплового излучения от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку нагрева, и с макси. мумом: тесмйературы, находящимся в точке пересечения с линией йасгрева. йзмерение 10 амплитудного значения имспульсного сигнала датчика, определение скорости перемещения источника энергии относительно образцов и зависимости коордийат точки визирования датчика от времени, одновре- 15 менно с амплитудным значением измеряют среднее значение сигнала датчика, а температуропроводность определяют по формуле где а — температуропроводность;

V --скорость перемещения источника относительно образцов, 25

U(:p u Um — среднее и амплитудное значение импульсных сигналов датчика, Z(U(:p/Um) — функция, обратная функции V(Z), 30 ч ) 1 (ех — z с с + i< +псе с

dt,,(2) с(х (t) + m (ñ) где t — время;

l(t)=X(t)/Хо l, -уравнениядвиженияточки 35

tn{t) = V(t)/X>) визирования в относительных коорди: натах;

Х = X(t) . — уравнения движения точки

Ч= У(,) 40 визйрования в декартовых координатах Х, О, Y с центром в точке нагрева и осью Х, совмещенной с направлением перемеще ния источника; Хо — расстояние от точки нагрева до 45 . ближайшей точки пересечения пинии нагрева и траектории. сканирования, Т вЂ” перйод сканйрованихя.

На фиг. 1 приведена схема осуществления способа; на фиг. 2 — графики зависимо- 50 сти координа)т точки визирования QT времени и сигнала датчика температуры для равномерного сканирования по прямой, пес ресекающей линию нагрева под прямым углом; на фиг. 3 — график функции V(Z). 55

Сосредоточенный источник 1 энергии (фиг, 1) и датчик 2 температуры расположены под подвижной платформой, на которой установлены исследуемые образцы 3 и 4.

Оптико-механическое сканирующее устройство 5 установлено перед входным окном датчика 2 так, чтобы сканировать тепловое излучение от поверхностей образцов 3 и 4 по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом, К выходу датчика

2 температуры подключен вход усилителя 6;: а его выход — одновременно к выпрямителю

7 амплитудного значения и выпрямителю 8

Среднегозначения. Выходы обоих выпрямителей подсоедийены к регистраторам 9 и 10.

В качестве сосредоточенного источника 1 энергии могут использоваться лампа накаливания с фокусирующей системой или лазер (например ИЛГН-704). В качестве сканирующего устройства 5 — оптико-механический дефлектор с качающимся зеркалом. Датчик 2 температуры построен на основе пироэпектрического приемника оптического излучения МГ-ЗО, Усилитель 6 и выпрямители 7 и 8 собраны на операционных усилителях К140УД14. В качестве регистраторов 9 и 10 иСпользованы самопишущие потенциометры КСП4, Способ осуществляют следующим об-. разом.

Образцы 3 и 4 перемещают с постоянной скоростью в пределах 2 — 10 мм/с. При . этом происходит нагрев образцов 3 и 4 источником 1 энергии, Датчик 2 за счет колебания зеркала сканирующего устройства 5 сканирует тепловое излучение от поверхностей образцов 3 и 4 по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом. Импульсный сигнал датчика 2 усили- вается усилителем 6. На выходе выпрямителя 7 формируется напряжение, равное амплитуде импульсов, а на выходе выпрямителя 8 — напряжение, равное среднему значению импульсов. Регистраторы 9 и 10 записывают на диаграммной ленте амплитудные и средние значения сигналов. На основе амплитудных значений определяют теплопроводность. Для определения температуропроводности определяют (например, по скорости вращения и шагу винтовой передачи подвижной платформы) скорость перемещения образцов 3 и 4 и зависимость координат точки визирования датчика 2 от времени.

Рассмотрим случай равномерного движения точки визирования по траектории (фиг. 2). Поскольку максимальные значения сигнала датчика температуры Um (фиг. 2б) будут наблюдаться при пересечении траектории линии нагрева (фиг. 2а), то частота импульсов на выходе датчика будет в два раза выше частоты сканирования. Можно показать, что в этом случае формула (2) преобразуется к следующему виду:

1755149 связанного с" источнйком энергии, периодическое сканирование теплового излучения от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку нагрева, и с максимумом температуры, находящимся в точке пересечения с линией нагрева. измерение амплитудного значения импульсного сигнала датчика, определение скорости перемещения источника энергии относительно

0 образцов и зависимости координат точки* визирования датчика от времени, от л и ч аю шийся тем, что с целью упрощения определения температуропроводности, одновременно с амплитудным значением из5 меряют среднее значение сигнала датчика, а температуропроводность а определяют по формуле

Хо а—

dt, g2 "" "Рl — < 1 +4Ч "„)2) 2 1))

"1+(. -4 у где Ym — амплитуда колебаний. -: 5

Графики функции V(Z) для нескольких значений параметра Ym/Xp приведены на фиг, 3.

Пример . В качестве исследуемого образца используется пластина из оптиче- 1 ского стекла ЛК6 толщиной 60 мм. С диаграм мных лент самопишущих потенциометров 9 и 10 сняты значения амплитудного и среднего напряжений на выходе усилителя 6; Um =

= 8,30 В, Ucp = 0,625 В, Отношение Ucp/Um 1 равно 0,625/8,30 =0,075. Скорость перемещения платформы с образцами равна V = 2 мм/с. Расстояние от точки нагрева до точки пересечения траектории и линии йагрева и амплитуда колебаний точки визированйя: 20

Xp = 20 мм, Vm = 60 мм, По графику на фиг, 3 для Ym/Xp = 3 определяем Z (0,075) = 31.

Подставив значения Ч, Xp, Z в формулу (1), получают; а =0,65 106 м /с, : 25

Технико-экономическая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом при использовании его в приборах для определения теплофизических свойств материалов обусловлена упроще- 30 нием определения температурапроводности за счет замены сложной операции измерения длительности импульсных сигналов на уровне, со тавляющем фиксированную часть от амплитуды, более простой 35 операцией определения среднего значения импульсного сигнала и соответствующим удешевлением устройства для осуществления способа, Формула изобретения 40

Способ определения температуропроводности материалов, включающий нагрев образцов точечным источником энергии, измерение теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры при 45 взаимном относительном перемещении rio прямой линии образцов и датчика, жестко где V — скорость перемещейия источника относительно образцов;

Ucp u Um — среднее и амплитудное значение импульсных Сигналов датчика;

Z (Ucp/Um) — функция, обратная функции

+{Z) где t — время;

l(t) = X(t)/Xp (уравнения движения

m(t) = Y(t)/Х„) точки визирования в относительных координатах;

Х= Х(т) — уравнения движения точки

Y= Y(t)f визирования в декартовых координатах

XOY с центром в точке нагрева и осью к, совмещенной с направлением перемещения источника;

Xp — расстояние от точки нагрева до ближайшей точки пересечения линии нагрева и траектории сканирования;

Т вЂ” период сканирования.

1755349

Р ! (I 1755149

Ю N

Составитель C,Ãîðèíñ èé

Редактор М.Товтин Техред М.Моргентал Корректор T.Ïàëèé

Заказ 2887.... Тираж: ..: -. Подписное

ВНИИПИ Государственного комйтета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130;5, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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