Способ измерения профиля температуры в конструкционных материалах



Способ измерения профиля температуры в конструкционных материалах
Способ измерения профиля температуры в конструкционных материалах

 


Владельцы патента RU 2521217:

Федеральное бюджетное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к области оптической пирометрии и касается способа измерения профиля температуры в конструкционных материалах. Способ включает формирование каналов разной глубины в толщине конструкционного материала и проведение температурного сканирования в подготовленных каналах системой дистанционных инфракрасных пирометров. На основе полученной измерительной информации определяется профиль температуры в образце. Технический результат заключается в повышении точности измерений и обеспечении возможности измерения профиля температуры в многослойных образцах композиционных материалов. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам определения температурных полей в конструкционных материалах (КМ) с помощью инфракрасного пирометра и может быть использовано при определении прочностных свойств новых материалов при действии термомеханических нагрузок, в частности в тепловом бесконтактном контроле их состояния.

Наибольшую опасность для элементов ракетной техники представляет тепловое и механическое (термомеханическое) действие нагрузок, в частности рентгеновское излучение ядерного взрыва, которое вызывает нагрев элементов неравномерно по толщине слоев и создает одновременно на поверхности механический импульс давления [1]. В этой связи при экспериментальной отработке элементов конструкций становятся актуальными вопросы определения как теплового состояния образцов перед импульсным нагружением, так и измерения воспроизводимого профиля температуры по глубине КМ. Источниками воспроизводимого нагрева могут быть электронагревательные контактные пластины, КВЧ-излучение, пучок электронов.

Известен способ определения абсолютной температуры термопарой [2]. Недостатком способа является искажающее действие термопары, обусловленное ее высокой теплопроводностью (наличие охлаждающего эффекта).

Известен способ измерения температуры при быстром нагреве несколькими термопарами, установленными в композиционном материале [3]. Недостатком данного способа является то, что способ измерения - контактный, поэтому требуется обеспечение надежного контакта спая термопары с материалом образца.

Известен также способ контроля температуры с использованием пирометра по заявке №2010131724 от 28.07.2010. В способе проводится выборочный контроль температуры на участках наружной поверхности материала тепловой печи с использованием приборов инфракрасного спектра, а затем рассчитывается температура внутренней многослойной стенки тепловой печи с учетом зависимостей коэффициентов теплопроводности материала каждого слоя от температуры. Недостатком данного экспериментально-расчетного способа является то, что он не позволяет регистрировать профиль температуры многослойных (неоднородных) образцов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ, в котором используется сканирующее устройство на основе пирометра для измерения профиля температуры расплавленной или нагретой ленты металла (патент №2024825), содержащее тележку, на которой расположен пирометр, средства измерения и регулирования пирометра, датчики расположения пирометра и автономная система охлаждения. Недостатком прототипа является то, что способ позволяет измерять лишь профиль температуры по поверхности нагретого металла и не обеспечивает регистрацию температуры по толщине материала.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на получение профиля температуры по толщине образца из КМ. Технический результат достигается тем, что в способе измерения профиля температуры в конструкционных материалах формируют каналы разной глубины в толщине конструкционного материала и проводят температурное сканирование в подготовленных каналах системой дистанционного инфракрасного пирометра, а затем по измерительной информации определяют профиль температуры в образце.

Сущность изобретения заключается в следующем: производится одновременно измерение распределения температуры в образце по всей толщине с помощью бесконтактного сканирования на основе системы пирометров.

Схема реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1. Первоначально формируются в многослойном образце каналы разной глубины, устанавливается система сканирования пирометров, и бесконтактным способом измеряется температура на дне каналов (точки В, А, С). Измеряемыми параметрами являются дискретные значения температуры по толщине образца. Как правило, многослойные образцы элементов ракетной техники выполняют из композиционных материалов, которые имеют низкую теплопроводность по сравнению с металлами и сохраняют профиль температуры при импульсном нагреве продолжительное время (при толщине Δh=5-10-3 м и температуропроводности а=10-7 м2/с характерное время установления равновесного состояния для них составляет τ = Δ h 2 a 250 c ). Считывание температуры в многослойном образце производится перемещением луча одного пирометра по каналам любым из известных способов или системой сканирования пирометров. В способе возможно так же непрерывное температурное сканирование в канале, выполненном в форме углубляющейся борозды по толщине образца. Оптимизация расположения и формы канала проводится в результате конструкторского проектирования системы сканирования (по радиусу, двум координатам, полосам и т.д.). Дальнейшая обработка измерительной информации на ПЭВМ позволяет по замерам построить профиль температуры исследуемого образца.

Реализация разработанного способа проводилась с использованием источника нагрева КВЧ-излучения с несущей частотой 34 ГГц (длина волны 8,8 мм), максимальной импульсной мощностью 3 кВт, длительностью импульса (10-50)·10-6 с. Измерение температуры проводилось бесконтактным портативным пирометром марки Raytek Raynger MX с характеристиками, представленными в таблице 1.

Таблица 1
Основные характеристики пирометра Raytek Raynger MX
Характеристика Параметр
Диапазон измерений -30…900°C
Точность ±0,75% от ИВ в диапазоне 100…900°С
±1°C в диапазоне 0…99°C
Воспроизводимость ±0,5%, но не менее ±1°C
Разрешение дисплея 0,1°C
Спектральный отклик 8-14 мкм
Время отклика 250 мс
Рабочая температура 0…50°C (с лазером до 45°C)
Диаметр сканирования 5 мм

На фиг.2 показаны расчетный и измеренный профили значения температуры в двухслойном образце. Проведенные оценки влияния физических свойств образца (удельной теплоемкости, теплопроводности) и геометрических характеристик каналов (глубины, диаметра) показали, что погрешность, вносимая наличием каналов, лежит в пределах погрешности измерения.

Предлагаемый способ измерения температуры при импульсном объемном нагреве с использованием пирометра повышает точность определения температуры в многослойных образцах композиционных материалов. Особенность заключается в том, что измерение температуры производится по всей толщине образца, что повышает достоверность определения полей температур в конструкционных материалах.

В предлагаемом способе:

1. не вносится дополнительная погрешность в результат измерений, так как отсутствуют датчики, установленные в нагреваемом образце;

2. минимальный диаметр сканирования разных моделей пирометров может составлять единицы миллиметров, а время отклика менее 250 мс, что позволяет повысить надежность измерения при быстром нагреве конструкционных материалов;

3. имеется возможность подключения пирометра к ПЭВМ для быстрого и многократного измерения профиля температуры.

Источники информации

1. Грибанов В.М., Острик А.В., Слободчиков С.С. Тепловое и механическое действие рентгеновского излучения на материалы и преграды // Монография. Физика ядерного взрыва. Т.2. Действие взрыва. М.: Наука, Физматлит, 1997. С.131-195.

2. Способ определения абсолютной температуры термопарой, заявка РФ №94007670 от 20.11.1995.

3. Способ измерения температуры при быстром нагреве несколькими термопарами, патент РФ №2228535 от 10.05.2004.

Способ измерения профиля температуры в конструкционных материалах, включающий предварительную подготовку образца, его нагрев, измерение температуры, отличающийся тем, что формируют каналы разной глубины в толщине конструкционного материала и проводят температурное сканирование в подготовленных каналах системой дистанционных инфракрасных пирометров, а затем по измерительной информации определяют профиль температуры в образце.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструктивным элементам регистрирующей техники. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик газовых потоков. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Пирометр // 2437068
Изобретение относится к технике измерения физической температуры объекта по его тепловому радиоизлучению. .

Изобретение относится к средствам технологического контроля в литье и металлургии. .

Изобретение относится к области приборостроения. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Заявленное изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для коррекции на основе квантовой теории температуры радиационного термометра. Заявленный способ позволяет обнаружить параметры, отражающие структуру энергетических уровней, посредством приспособления эффективной физической модели, чтобы калибровать систему радиационного термометра. Для этого задают систему радиационного термометра в состояние измерения температуры, чтобы измерять температуру объекта, и обнаруживают значение энергии излучения объекта через оптическую систему. Определяют параметры, отображающие структуру энергетических уровней, посредством вычисления и обработки через PC или MCU в системе радиационного термометра согласно физической модели. Используют указанные параметры, отображающие структуру энергетических уровней, для калибровки радиационного термометра. Для реализации указанного способа коррекции температурных данных предложена также система радиационного термометра, содержащая модуль измерения температуры, модуль калибровки, PC или MCU, используемый для калибровки радиационного пирометра согласно параметрам, отображающим структуру энергетических уровней. Технический результат - повышение точности результатов измерений. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры многожильного материала, подлежащего нагреванию до расчетной температуры. Согласно заявленному способу многожильный материал приводят в теплопроводящий контакт по меньшей мере с одним диском, оборачивая вокруг указанного диска, установленного с возможностью вращения и нагревания до заданной температуры, и измеряют разность температур многожильного материала или величин, характеризующих температуру многожильного материала, перед заходом многожильного материала на диск и после схода многожильного материала с диска. Изобретение также относится к соответствующему устройству, позволяющему реализовать указанный выше способ. Технический результат - повышение точности измерения температуры. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к детектору микроволнового излучения для измерения внутренней температуры образца белковосодержащего вещества, например мяса. Заявлено устройство тепловой обработки, предназначенное для тепловой обработки белковосодержащих пищевых продуктов (3) и включающее детектор (1) микроволнового излучения для измерения внутренней температуры белковосодержащего пищевого продукта (3), средство перемещения для транспортировки продуктов (3) через устройство в направлении перемещения (y-направление), так что продукты (3) проходят под неподвижным детектором (1), и средства воздействия на тепловую обработку, управляемые по сигналу детектора (1). Детектор (1) имеет чувствительную поверхность размером 0,1-180 мм2, воспринимающую микроволновое излучение, испускаемое продуктом, и обращенную к средству перемещения. Детектор способен измерять внутреннюю температуру продукта на длине измерения, которая меньше протяженности продукта в горизонтальном направлении (x-направление), перпендикулярном направлению перемещения (y-направление). Технический результат - повышение точности получаемых данных. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области пирометрии и касается способа дистанционного измерения температуры. В среду для измерения ее температуры помещают светоизлучающий прибор (светодиод или лазер). Измеряют длину волны λ излучения светоизлучающего прибора и определяют разность Δλ между измеренной длиной волны и известной длиной волны излучения λ0 того же светоизлучающего прибора при исходной температуре T0. Температуру среды рассчитывают по формуле T x = T 0 + h c Δ λ B λ 0 2 , где h - постоянная Планка, с - скорость света, В - постоянная материала. Технический результат заключается в упрощении способа измерений температуры среды. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к системам охлаждения фотоприемных устройств. Охлаждаемое основание фотоприемного устройства выполнено из материала, имеющего одинаковый или близкий к охлаждаемому элементу коэффициент теплового расширения и для снижения неравномерности охлаждения через всю длину основания проходит отверстие, в которое помещается тепловая труба, а оставшийся зазор между тепловой трубой и отверстием основания заполняется галлием, образуя механическую связь с хорошей теплопроводностью. Изобретение позволяет значительно снизить температурный градиент при охлаждении крупноформатных фотоприемных устройств, выполненных как на одной подложке, так и набранных из нескольких модулей. 2 ил.

Изобретение относится к области контроля работы двигателей и касается способа мониторинга высокотемпературной области в газотурбинном двигателе. Для реализации способа в стационарной лопатке с внутренним охлаждением создают порты для мониторинга. В лопатке размещают дистальный конец прибора для мониторинга. Прибор для мониторинга выполнен с возможностью изменения положения в стационарной лопатке относительно продольной оси лопатки и функционального соединения с портами для обеспечения необходимого поля обзора интересующей области. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области тепловизионной техники и касается способа бесконтактного измерения яркостной температуры объекта. Способ включает формирование на одной длине волны инфракрасного излучения двух изображений на каждом из двух матричных приемников изображения. Одно из двух изображений на каждом приемнике является изображением объекта исследования, а другое является изображением эталона температур, формирование которого осуществляют при тех же условиях формирования изображения, что и для объекта исследования. Изображение на одном из двух приемников формируют с помощью устройства зеркальной развертки. На основе полученных данных формируют массив цифровых данных от всех изображений с учетом связи между яркостной температурой, воспроизводимой эталоном температур, и соответствующим ей цифровым значением электрического сигнала с элементов обоих приемников изображения. Технический результат заключается в увеличении временного разрешения измерений. 6 ил.,1 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при бесконтактном измерении температуры расплавленного металла через смотровое стекло. Способ включает измерение температуры жидкого металла через смотровое стекло с помощью пирометра, сигнал с которого корректируют с учетом электрической проводимости осаждаемой на смотровом стекле пленки. При этом дополнительно осуществляют измерение и коррекцию по температуре осаждаемой пленки на смотровом стекле. Технический результат - повышение точности и расширение диапазона измерения с заданной погрешностью. 1 ил.

Изобретение относится к области фотометрии и касается способа учета влияния нестабильности лазера при воспроизведении и передаче единицы мощности. При проведении измерений используют два измерительных преобразователя, постоянные времени которых отличаются не менее чем на два порядка. По выходным сигналам преобразователей определяют импульсные функции измерительных преобразователей и вычисляют свертку сигнала от измерительного преобразователя с меньшей постоянной времени с импульсной функцией измерительного преобразователя с большей постоянной времени. Затем вычисляют коэффициент пропорциональности между функцией измерительного преобразователя с большей постоянной времени и результатом полученной свертки. За коэффициент передачи единицы средней мощности принимают вычисленный коэффициент пропорциональности. Технический результат заключается в повышении точности измерения в условиях нестабильного лазерного излучения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры объекта. Представлены варианты системы инфракрасного (ИК) измерения температуры. Данное изобретение активно стабилизирует температуры объектов поблизости и на пути между инфракрасным (ИК) датчиком и целевым объектом. Для регулирования мощности, подаваемой на термопреобразователи сопротивления (RTD), используются измеритель и регулятор температуры, который регулирует силу тока, подаваемую на RTD. В результате температуры объектов, видимых в ИК-диапазоне, могут активно стабилизироваться при изменениях, например изменениях в температуре окружающей среды, что приводит к эффективным и точным показаниям температуры. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх