Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технической физике. В способе бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов перемещают два термоприемника и источник энергии (измерительную головку) над исследуемым образцом без воздействия на него источника энергии, измеряют первым термоприемником температуру на поверхности исследуемого образца и синхронно с этим электрическим термометром измеряют температуру окружающей среды, после чего по полученным результатам определяют коэффициент, равный произведению коэффициентов степени черноты поверхности исследуемого образца и прозрачности окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и измерительную головку, далее воздействуют на исследуемый образец тепловыми импульсами от точечного подвижного источника энергии, осуществляя с помощью оптического затвора частотно-импульсную модуляцию лазерного луча. Устройство бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов содержит точечный подвижный источник тепловой энергии и термоприемник, сфокусированные на поверхность тела, вычитающее устройство, усилитель мощности, реверсивный двигатель, микропроцессор, механизм перемещения источника энергии и термоприемника относительно исследуемого образца. Дополнительно содержит второй термоприемник, жестко связанный с первым термоприемником и источником энергии (лазером), электрический термометр, усилитель, три аналого-цифровых преобразователя, цифроаналоговый преобразователь, управляемый делитель частоты, оптический затвор, генератор тактовых импульсов и индикатор. Технический результат - повышение точности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)

Формула изобретения

1. Способ бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов, заключающийся в том, что воздействуют на поверхность исследуемого тела точечным подвижным источником тепла определенной мощности, измеряют двумя термоприемниками избыточные температуры нагреваемой поверхности в точках поверхности тела, движущихся со скоростью источника по линии его движения и по параллельной ей линии, изменяют мощность источника тепла на определенную величину и производят аналогичные измерительные процедуры, полученные данные используют при определении искомых величин, отличающийся тем, что перемещают два термоприемника и источник энергии над исследуемым образцом без воздействия на него источника энергии, измеряют первым термоприемником температуру на поверхности исследуемого образца и синхронно с этим электрическим термометром измеряют температуру окружающей среды, после чего по полученным результатам определяют коэффициент, учитывающий значения степени черноты поверхности исследуемого образца и прозрачности окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и источник энергии с термоприемниками, далее воздействуют на исследуемый образец тепловыми импульсами от точечного подвижного источника энергии, осуществляя с помощью оптического затвора частотно-импульсную модуляцию лазерного луча, и увеличивают частоту подачи тепловых импульсов до тех пор, пока измеряемая первым термоприемником избыточная температура не станет равной первому заданному значению, измеряют полученное значение частоты следования тепловых импульсов и избыточную температуру, контролируемую вторым термоприемником, затем увеличивают частоту нанесения тепловых импульсов до тех пор, пока измеряемая первым термоприемником избыточная температура не станет равной второму заданному значению, величина которой в два раза выше первого, измеряют полученное значение частоты следования тепловых импульсов, а искомые теплофизические характеристики определяют из следующих соотношений: где α и λ - коэффициенты соответственно температуропроводности и теплопроводности исследуемого объекта, м²/с и Вт/м²К; V - скорость движения источника и термоприемников относительно исследуемого объекта, м/с; R₁, R₂ - заданные расстояния между центром пятна нагрева и точками контроля температуры, м; х₂ - расстояние между центром пятна нагрева и проекцией точки ₂ на линию движения источника тепла, м; Т_зад - первое заданное значение избыточной температуры, K; Т(R₂) - найденное значение избыточной температуры в точке R₂, K;
k - коэффициент, учитывающий значения степени черноты ε поверхности исследуемого образца и прозрачности β окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и источник энергии с термоприемниками;
F₁, F₂ - найденные значения частоты следования тепловых импульсов от источника тепла, Гц;
τ_имп - длительность одного теплового импульса, c;
q_ит - мощность источника тепла, B_т.

2. Устройство бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов, содержащее точечный подвижный источник тепловой энергии и термоприемник, сфокусированные на поверхность тела, вычитающее устройство, усилитель мощности, реверсивный двигатель, микропроцессор, механизм перемещения источника энергии и термоприемника относительно исследуемого образца, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй термоприемник, жестко связанный с первым термоприемником и источником энергии, сфокусированный на линию, параллельную линии движения источника энергии, и установленный от него на расстоянии, при котором с использованием экранирования исключается фоновая засветка термоприемника от источника энергии, электрический термометр, усилитель, три аналого-цифровых преобразователя, цифроаналоговый преобразователь, управляемый делитель частоты, блок управления оптическим затвором, оптический затвор, генератор тактовых импульсов, клавиатуру, индикатор, блок управления приводом, блок питания источника энергии, причем выходы термоприемников подключены к входам соответствующих усилителей, выход первого усилителя соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого, в свою очередь, подключен к первому входу микропроцессора, выход второго усилителя соединен с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с первым выходом микропроцессора, выход вычитающего устройства подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом микропроцессора, второй выход микропроцессора подключен к первому входу управляемого делителя частоты, выход которого соединен со входом блока управления оптическим затвором, выход которого, в свою очередь, подключен к оптическому затвору, второй вход управляемого делителя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, подключенного также к микропроцессору, остальные выходы микропроцессора соединены с входами клавиатуры, индикатора, блока управления приводом и с управляющим входом блока питания, выход которого соединен с источником энергии, а выход блока управления приводом подключен к реверсивному двигателю, вал которого соединен с механизмом перемещения источника энергии и термоприемников относительно исследуемого изделия, третий вход микропроцессора подключен к выходу третьего аналого-цифрового преобразователя, вход которого, в свою очередь, соединен с выходом электрического термометра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27