Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов

 

Изобретение относится к области теплофизических измерений. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала размещают точечный и линейный нагреватели и два термодатчика. В момент начала измерений нагреватели импульсно выделяют определенные количества тепла, после чего регистрируют время наступления заданного отношения температур в точках размещения термодатчиков. Расчет теплофизических характеристик производится на основании полученных данных согласно формулам, приведенным в описании. Технический результат - повышение точности контроля. 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений.

Известен способ контроля теплофизических характеристик (ТФХ), состоящий в подводе теплового импульса от источника тепла, предварительно помещенного в эталонное тело, к исследуемому материалу и регистрации значений избыточных температур в одном из сечений эталонного и исследуемого тел в два заранее заданных момента времени (Авторское свидетельство 1117512 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1984).

Недостатком данного способа является необходимость внедрения в исследуемый образец термодатчика (термопары), то есть проведение разрушающего контроля.

Известен так же способ неразрушающего контроля ТФХ, заключающийся в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала с последующей регистрацией момента наступления равенства избыточной температуры на заданном расстоянии от линии действия источника и разницы между избыточной температурой на линии действия источника и на заданном расстоянии от нее, на поверхности исследуемого материала (Авторское свидетельство 1728755 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1992).

Недостатком данного способа является относительно низкая избыточная температура в точках размещения термодатчиков, что приводит к снижению точности контроля ТФХ.

В известном техническом решении, наиболее близком к предлагаемому (авторское свидетельство 834480 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1979), осуществляют импульсное тепловое воздействие по прямой линии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала (изделия) и фиксируется момент времени, когда отношение избыточных температур в двух разноотстоящих от источника точках поверхности исследуемого материала достигнет определенного наперед заданного значения.

Недостатком этого способа также является относительно низкая избыточная температура в точках размещения термодатчиков и, как следствие, низкая точность контроля ТФХ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности контроля ТФХ.

Сущность предлагаемого способа заключается в совместном использовании точечного и линейного источников тепла, находящихся на расстоянии х друг от друга, и регистрации заданного отношения избыточных температур в точке действия точечного источника тепла и на линии действия линейного источника. Для этого на теплоизолированной поверхности исследуемого материала размещают нагреватель в виде прямой линии, а на расстоянии х от него точечный нагреватель. Для регистрации избыточных температур используют два термодатчика, расположение одного из которых совпадает с расположением точечного нагревателя, а расположение второго - с расположением линейного нагревателя, причем расстояние между термодатчиками равно х (см. чертеж). В момент начала измерений τ = 0 осуществляют импульсный нагрев поверхности исследуемого материала обоими нагревателями, причем точечный источник выделяет количество тепла Q, а линейный - количество тепла k•Q из расчета на единицу длины, где k - числовой коэффициент. После подачи тепловых импульсов регистрируют время τ₀ наступления наперед заданного соотношения h = T₁(τ₀)/T₂(τ₀) температур в точках размещения термодатчиков и избыточную температуру T₁(τ₀) на линии действия линейного нагревателя.

Отношение h температур в точках на поверхности исследуемого материала рассчитывают по формуле где k и ε - заданные постоянные, а коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала - соответственно, по формулам: Из соотношения (3) τ₀ = ε/a, т. е. время наступления заданного отношения температур в контрольных точках пропорционально постоянной ε. Таким образом от выбора ε зависит степень оперативности контроля. Например, при ε = 1.25•10^-6 время контроля для материалов с коэффициентом температуропроводности от 1•10^-7 м²/с до 10•10^-6 м²/c может составлять от 1,25 с до 12,5 с.

Коэффициент k регулирует меру влияния линейного нагревателя на формирование температурного поля на поверхности исследуемого материала по отношению к точечному. Чем больше k, тем больше влияние линейного источника на температуру в контрольных точках. В ходе машинного моделирования было установлено, что при k порядка 1000 линейный и точечный источники влияют на температуру в контрольных точках приблизительно в равной мере.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, включающий в себя импульсное тепловое воздействие на теплоизолированную поверхность исследуемого материала и регистрацию времени наступления заданного отношения температур в двух контрольных точках поверхности, отличающийся тем, что совместно используют точечный и линейный источники тепла, находящиеся на расстоянии х друг от друга, при этом избыточная температура регистрируется двумя термодатчиками также находящихся на расстоянии х друг от друга, причем расположение одного из них совпадает с расположением точечного источника тепла, другого - с линией действия линейного источника тепла, а теплофизические характеристики рассчитывают по формулам где λ и a - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности;
Q - количество тепла, выделяемого точечным источником;
k и ε - заданные постоянные;
τ₀ - время наступления заданного отношения температур в контрольных точках, отсчитанное от момента подачи тепловых импульсов;
х - расстояние между источниками тепла;
T₁(τ₀) - избыточная температура в точке действия точечного источника тепла.

РИСУНКИ

Рисунок 1