Способ определения теплофизических свойств материалов

Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включаю щий нагрев последовательно установленных образцов и эталона подвижным точечным источником энергии и регист рацию избыточной предельной темпераТуры поверхности образцов и эталона вдоль линии движения источника энергии измерителем температуры, перемещаемым относительно образцов и этало на с одинаковой с источником энергии скоростью с фиксированной задержкой относительно источника энергии, от личающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплофизических свойств и расширения функциональных возможностей способа, дополнительно устанавливают последовательно с образцами и эталоном второй эталон, после измерения на части поверхности каждого из образцов и эталонов избыточной предельной температуры по линии движения и|;точника энергии перестраивают измеритель температуры, смещая область измерения температуры на поверхности образцов и эталонов от линии движения источника энергии, на остальной части поверхности образцов и эталонов регистрируют измерителем температуры избыточную предельную температуру поверхности образцов и эталонов по линии, параллельной линии движения источника энергии, после чего по соответствующим формулам определяют ис1К9Мые величины.

;„SU„„1040392

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК рщ G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

----, >

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ...

Х., 7 (21 ) 3440183/18-25 (22) 19,05.82 (46) 07.09.83. Бюл. g 3) (72) Ю.А.Попов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. С.Орджоникидзе (53) 536.6(088.8) (56) 1. Попов Ю,А, и др. Обнаружение отслоений в трехслойных изделиях с использованием быстродействующего тепловизора. - "Дефектоскопия", 1975, и 6, с.62.

2. Авторское свидетельство СССР ,по заявке У 3379088/25, кл. G 01 и 25/18, 1981- (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев последовательно установленных образцов и эталона подвижным точечным источником энергии и регистрацию избыточной предельной температуры поверхности образцов и эталона: вдоль линии движения источника энер". ° гии измерителем температуры, переме" щаемым относительно образцов и эталона с одинаковой с источником энергии .Скоростью с фиксированной задержкой относительно источника энергии, о тл и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности определеййя теплофизических свойств и расши"

:рения функциональных возможностей способа, дополнительно устанавливают последовательно с образцами и этало..йом второй эталон, после измерения на части поверхности каждого из об; разцов и эталонов избыточной предель" ной температуры по линии движения и ночника энергии перестраивают из" иеритель температуры, смещая область измерения температуры на поверхности изразцов и эталонов от линии движения источника энергии, на остальной части поверхности образцов и эталонов

:;.регистрируют измерителем температуры

; избыточную предельную температуру поверхности образцов и эталонов по

Минин, параллельной линии движения источника энергии, после чего no co- { ,ответствующим формулам определяют ис- фь

-,крмые величины. СР к

1040392 2

Изобретение относится к техничес- чающему нагрев последовательно устакой физике и может быть использовано новленных образцов и эталона подвижпри определении теплофизических, ным точечным источником энергии и ре свойств материалов, например, при гистрацию избыточной предельной темгеофизических исследованиях. 5 пературы .поверхности образцов и этаИзвестен способ определения тепло- лона вдоль линии движения источника

Физических своиств материалов, заклю- энергии измерителем температуры, печающийся в том, что поверхность тела, ремещаемым относительно образцов и теплофизические особенности которого эталона с одинаковой с источником требуется исследовать-, нагревают pas- 10 энергии, скоростью с фиксированной заномерно распределенным источником держкой .относительно исто ника энерэнергии в течение определенного ин- гии, дополнительно устанавливают потервала времени, а затем через неко- следовательно с образцами и эталоном торсе время задержки после выключения второй эталон, после измерения на источника энергии регистрируют темпе- 15,части поверхности каждого из образцов ратурное распределение нагретой по- и эталонов избыточной предельной верхности и по температурным анома- температуры по линии движения ислиям судят о наличии областей, отли- точника энергии перестраивают измечающихся .от соседних с ними областей ритель температуры, смещая область измененными теплопроводностью и тел- 20 измерения температуры на поверхнос. лоемкостью (1 ) . ти образцов и эталонов от линии двиНедостатком известного способа яв- жения источника энергии, на остальляется необходимость строгого выдержи- ной части поверхности образцов и эта" вания временного интервала нагрева лонов регистрируют измерителем темпе. образца и временной задержки между 2$ ратуры избыточную предельную темпемоментом окончания нагрева и регист- ратуру поверхности образцов и эталорацией температурного распределения нов по линии, параллельно линии дви" нагретой поверхности, что приводит к жения источника энергии, после чего усложнению способа и снижению его по соответствующим формулам опредеэффективности. 50 ляют искомые величины.

Наиболее близким к предлагаемому На чертеже приведена схема распопо технической сущности и достигаемо- ложения точечного источника энергии му результату является способ опреде. и измерителя температуры относительно ления теплофизических свойств мате.- эталонов и образцов в процессе измериалов, включающий нагрев последова- 3 peHHR тельно установленных образцов и эта- На чертеже показаны эталоны 1 и 2 лона подвижным точечным источником и исследуемые образцы 3, над которыми энергии и регистрацию избыточной пре- размещены точечный источник 4 энергии дельной температуры поверхности об-. .. и измеритель 5 температуры. Перемеразцов и эталона вдоль линии движения 40 щение источника 4 энергии относительисточника энергии измерителем темпе- но эталонов 1 и 2 и образцов 3 осуратуры, перемещаемым относительно об- ществляется по оси Х. Перемещение точразцов и эталона с одинаковой с ис- ки, в которой измеряется температура точником энергии скоростью с Фикси- поверхности эталонов 1 и 2 и образрованной задержкой относительно ис- 45 цов,3 ииззммееррииттееллеем м ттееммппееррааттууррыы, по точника энергии (2 ) . поверхности эталонов 1 и 2 и образНедостатками известного способа цов 3 осуществляется по пря„ой Д. являются относительно высокая по- Способ осуществляется. следующим грешность определения теплопроводнос- образом. ти и невозможность из одного опыта

Начинают перемещать с постоянной определить несколько теплофизических скоростью вдоль поверхностей эталонов параметpoB. и 2 и образцов 3 точечный источник

Цель изобретения - уменьшение по- . 4 энергии и измеритель 5 температуры грешности определения теплофизически,так, чтобы измерение избыточной пресвойств и расширение функциональных дельной температуры нагреваемых повозможностеи способа.

55 верхностеи осуществлялось на части

Указанная цель достигается тем, поверхности каждого из эталонов 1 и 2 что согласно способу определения теп- и образцов 3 по линии перемещения толофизических свойств материалов, вклю- чечного источника 4 энергии с фикси1040392 теплопроводности дуемых образцов

4 каждого из исслеТ

Л 1ЭТ1

5 эт1 1.

ООР л,,,=

1 эг2 эт2 Т (2) где Т обр, Т1эт1и Т1эт2 избыточные .предельные температуры соответственно исследуемого образца 3, эталона 1 и эталона 2; ! обр Л„э; „и Л1эт2 коэффициенты теплойроводности соответственно исследуемого образца 3, .эталона 1 и эталона 2.

На остальной части поверхности каждого из эталонов 1 и 2 и образ,.цов 3 измерение избыточной предельной .температуры измерителем 5 температу" .ры осуществляют по линии, параллельной:линии движения точечного источника Ч энергии и смещенной на Ч относительно линии движения точечного ис- . очника 4 энергии. .Известно, что при нагреве поверхости полубесконечного тела подвижым точечным источником энергии избы" очная предельная температура поверхости этого тела в точке, перемеющейся вслед за источником со ско" остью источника по линии, параллельой линии движения источника, опредеяется формулой

2О

Т1 2У Л(Х1!

25 т где Т - избыточная предельная тем1 пература нагреваемой поверх" н ности полубесконечного тела н в точке; перемещающейся Т вслед за источником по линии н его движения со скоростью, щз равной скорости перемещения р источника; н

9 ИОщнОсть источника л коэффициент теплопроводнос-. ти;

t Х - расстояние между точкой измерения температуры тела и . пятном нагрева поверхности твердого тела сосредоточенным источником энергии. где Т

Л у

3 кованной задержкой 1 Х I точки измерения температуры измерителем 5 температуры относительно точечного источника 4 энергии.

Для того, чтобы процесс нагрева эталонов 1 и 2 и образцов 3 можно было рассматривать как процесс нагре". ва точечным источником полубесконечных .тел, толщины эталонов 1 и 2 и образцов 3 должны быть не меньше за- 10 держки I Х l.

Известно, что при нагреве поверхности полубесконечного тела подвижным точечным источником энергии избыточная предельная .температура поверхнос" 15 ти этого тела в точке, перемещающейся вслед за источником по линии его движенив со скоростью, равной скорости перемещения источника, определяется формулой

Формула (1 ) справедлива как для эталонов 1 и 2 с известными коэффициентами теплопроводности Л r и Л эт1 эт2 и определенными в процессе нагрева избыточными -предельными температурами Т1 .,и .Т1эт, так и для каждого из образцов 3 с неизвестным коэффициентом теплопроводности Ло р и определенной в процессе нагрева избыточной предельной температурой Т„ 5

При представлении величины q/2BIXI, которая остается постоянной во время процесса нагрева и измерений, через избыточные предельные температуры эталонов и их коэффициенты теплопроводности имеет место следующая формула, по которой определяют коэффициент

Vx ча) 2 2ЛЛ 2 2а 2с(1 избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке, перемещающейся за источником по линии, параллельной линии движения источника, со скоростью, равной скорости перемещения источника энергии; мощность источника; коэффициент теплопроводности тела; расстояние от точки измере" ния температуры твердого тела до пятна нагрева поверхности твердого тела сосредоточенным источником энергии;

° (у2 +,2 смещение точки измерения температуры поверхности эталонов и образцов От линии движения источника энергии;

204Р3

ВНИИПИ Заказ 6920/47 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4. 5

V - скорость перемещения источника энергии и точки измерения температуры относительно тела; а " коэффициент температуропроводности тела;

Х - -координата проекции точки измерения температуры твердого тела на линию, по которой происходит тепловое воздействие на поверхность твердого тела, относительно пятна нагрева поверхности тела ис точником.

Формула (3) справедлива как для эталонов t и 2 с известными коэффициентайи теплопроводности Л „,ЛЭ и температуропровоДности аэ z, а и избыточными предельными температурами Т2 . „, T2 2, измеренными на участ--!

О ках со смещеййей точки температуры от линии движения источника, так и для каждого из образцов 3 с неизвестными коэффициентом температуропровадности а 6 и коэффициентом теплопроводности Я у, вычисленным по избыточным дредельным температурам, измеренным иа линии движения источника. Из формулы (3) следует, что, поскольку seличины q, V, В и Х остаются постоян" З0 ными в процессе нагрева, то отноше" ние на участках со смещением точки измерения температуры от линии движения источника, определяется выраженяей 35

2эт1 э" 2 (+ (Эт.1 эт2 эх ()

40 где э, игл - избыточные предельные температуры соответственно эталонов 1 и 2,измененные на участках со „смещением точки измерения. температуры от 45 линии движения источника: аз „ и аэт - коэффициенты температуройроводности соответственно эталонов 1 и 2; коэффициенты тепло- 50 эт-т- . ат 2 проводности соответственно эталонов 1 и 2 °

Отношение избыточных температур любого из исследуемых образцов 3 и

92 . 4 эталона 1, измеренных на участкх со смещением точки измерения температуры от линии движения источника, определяется выражением

"эт1 Ч » » 1 где Т 0 " избыточная предельная температура образца 3, измерен- ная на участке со смещением точки измерения температуры от линии движения источ" ника; а06 иЛ 6 - соответственно коэффициен" ты температуропроводностиводности образца 3.

После выделения из выражения (4 ) величины Ч(Х+к)/2 и подстановки ее в выражение (5 ) имеет место следующая формула, по которой определяют коэффициент температуропроводности каждого из исследуемых образцов, ol Pn.

2 ЭТ1 ЭТ1 дэтт оотг эт2 эт1 „2абР обР

2 т2 эт2 >т2 2эт1

Предлагаемый способ позволяет совместно определять в широком диапазо" не коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемых материалов.

Применение двойного эталонирования в процессе нагрева и измерений позволяет значительно уменьшить систематические погрешности .при определении теплофизйческих свойств материалов..

Простота осуществляемых операций и использование двойного эталонирова. ния обеспечивают наряду с малой погрешностью определения коэффициентов тепло- и температуропроводности исследуемых образцов высокую производительность предлагаемого способа. Как показали лабораторные испытания, время, необходимое по предлагаемому способу для определения коэффициентов тепло-и температуропроводности серии из 8-10 исследуемых образцов при длине каждого образца 3-10 см и скорости перемещения источника и датчика температуры 3,3- I,O см/с, не превышает 12- 15 мин, что позволяет проводить за рабочую смену 300-350 измерений.