Способ определения температуропроводности материалов

Способ определения температуропроводности материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев образца исследуемого материала подвижным точечным источником энергии, измерение температурного поля поверхности образца подвижным датчиком температуры, который перемещают относительно образца с одинаковой с источником энергии скоростью , отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения температуропроводности , последовательно нагревают эталонный и исследуемый образцы с первоначальной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры, повторно нагревают образцы тем же точечным источником энергии с измененной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры. и по избыточным предельным температурам эталонного и исследуемого образцов , измеренным при нагреве их с первоначальной и измененной скорс5стью , определяют температуропроводность образца исследуемого материала по формуле Г, 1эт en2эт «о5р «эт2 обр .- температуропроводность где образца исследуемого материала; а температуропроводность эт сл эталонного образца; избыточная предельная 13Т с температура эталонного образца нагрева с первоначальной скоростью движения источника энергии/ избыточная предельная температура эталонного образца при нагреве с из-: СГ5 мененной скоростью движения источника энергии/ избыточная предельная1о5р 4: температура образца Исследуемого материала при нагреве с первоначальной сс скоростью движения источника энергии,избыточная предельная 2обр температура образца исследуемого материала при нагреве с измененной ско-; ростью движения источника энергии.

„„Su„„3067419 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3 5П G 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ где начальной скоростью движения источника энергии j избыточная предельная температура эталонного образца при нагреве с измененной скоростью движения источника энергии, избыточная предельная температура образца Исследуемого материала при нагреве с первоначальной скорость:о движения источника энергии избыточная предельная температура образца исследуемого материала при нагреве с измененной скоТ

1о5р

2обр ростью движения источника энергии.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3468024/18-25 (22) 13.07.82 (46) 15.01.84. Бюл. 9 2 (72) Ю.A.Ïoïoâ (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им.С.Орджоникидзе (53) 536. б (088. 8) (56) 1. Попов Ю.А. и др. Обнаружение отклонений в трехслойных изделиях с использованием быстродействующего тепловизора. — "Дефектоскопия", 1975, Р б, с. 62.

2. Попов Ю.А. Некоторые особенности применения активного теплового метода контроля. — "Дефектоскопия", 197, Р 2, с. 56 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев образца исследуемого материала подвижным точечным источником энергии, измерение температурного поля поверхности образца подвижным датчиком температуры, который перемещают относительно образца с одинаковой с источником энергии скоростью, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения температуропроводности, последовательно нагревают эталонный и исследуемый образцы с первоначальной скоростью движения ис очника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры, повторно нагревают образцы тем же точечным источником энергии с измененной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры, l и по избыточным предельным температурам эталонного и исследуемого образцов, измеренным при нагреве их с первоначальной и измененной скоростью, определяют температуропроводность образца исследуемого материала ,по формуле оп 1Эт

Т

Т

2 э7 обр Эт Т аБе

Ео

2 обр а б . — температуропроводность образца исследуемого материала; а т — температуропроводность эталонного образца

Т„ — избыточная предельная

1зт температура эталонного С образца нагрева с перво1067419 1эобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофиэических свОйств твердьIХ тел, Известе(3! способ определения теплофизических свойств материалов, закл(0чающийся в том, что поверхность гела, теплофиэические особенности которого прецстоит исследовать, нагревают fà течение определенного интервала времени равномерно распределен- .1О ным источни(сом, а затем после выключения источника через некоторое время задержки регистрируют температурí0"- распределение нагретой поверхности и по температурны(! аномалиям судят о наличии областей, отличающихся

От соседних областей измененными теплопроводьостью и температуропроводностью с . (, г

ОД(ако необходимость строгого вы/,! дер)кив<а(тия временного интервала нагрева образца и временной задержки ме;кду момен.-ом окончания нагрева и момеHTOJI регистра IHH температурного распределения нагретой поверхности приводит к усложнению способа и сни;ке((!110 его эс0фективности.

Наиболее близким к изобретению является способ определения температуpQ!1poH0äíQcTH материалов, вкл!очающий нагр«еэ Образца исследуемого материал с! i10, H 1)K11;-:тм ТОЧЕЧНЫМ ИСТОЧНИКОМ э((срг;;::., измерение температурного г(оля ..-.Оверхности образца подвим<ным

;тс:тЧИКОМ т-:(ИПЕРатУРЫ, КОтОРЫй ПЕРЕме:<(а!00 0!НОС! Te)»но образца с одина- 3 .

icОВ0й С HC. < ОЧ НИКОМ Э НЕРГИ Р! С КОРОС

Ь(0

Ос((он(((->и нсдостат«ом данно! G cnoс:Оба я(37(яется э ачителы(ая погрешi- .СС Ь . П; « ДЕ ГIЕIIИЯ ИСКОМОЙ ВЕЛИЧИ!IЫ . фД ц>ель зс>б;.)стен ия — умень()те!(не по—

ГРЕ0>НОС И OEJPÅÄÅJ(c)HHEI тЕМПЕРатУРОПРО— вОд)! oc: мат <э риал ОВ =

- (, p- 6 U Q c T J 1 Г а е т с я т е м,, I T o с 0 Г л а но спо. >-.,,: огРеделениЯ темпеРатУРо- м>

П PO !30/!, О . (1 " (аТ Е Р«I <<ЛОВ, 131(Л10 1сЗЮ(ЦЕМУ

1(аг(70.; с !pcd Jifа исследуемогÎ матерна уа подв(-.)п .ым сочечf(6f(H источником энергии < и=,(«(еренис темпсратурного пол>я повс!r7«Hc)с .ти Образца подвиж:-!ым дат (иком тсм"(ерат. рь,, котор(-.:и пере50 м е щ а. 10 т 0 т !! О с 1- т е ль и О 0 б р а 3 Ц а с О Д и—

HàкОвой с источни«ом энергии скорост610 «Г(с)ст(едоват< льно нагревают эт ало! ((ыи . .; сследуемый образцы с с

—:ñðâoHачальной скос)осты0 движенг!я

И СТОЧН И K=: Э 11<ЗРГHH ИЗМЕ <7if>! Пг)И:Э ТОМ их и-.. быточ((ые предельные температуры, повторно нагревают образцы тем же точечным источником энергии с измененной скоростью движения оО

ИСТО-< Н :«a Эпcd;7I HИ, ИЗМЕРЯЯ пР«Н ЭТОМ

Нх избыт<зчные предельные темгтературы, и -.IQ и з быт оч ((ым Гтредель нь м емгтсз !7а ту> ) ат 7 f а!(он НОГО H и<- ?????????? ?? ???????? ???????? ????????> измеренньт! при нагре- с, ве их с первоначальной и измен: . ной скоростью, Определ. -пот температ-JpOTIpoводность образца исследуемого .материала по формуле

Т

3f3 ——

9 3 (ñf = 0r

00Р ЭТ и

>. fI

2 00,) где <м 0 — тем iQpa I уропроводнос-.ь образца исследk <3! þ!0 м:тте.— р;1 ала )

0(. — ТЕМПЕРатУРОПРОВС,т (OC". УЬ т эталонного об раз ц:1, Т вЂ” избыточная прецел6H:".Е!

13т температура эталоннс.го

Обоазца -1(я " Гр" е BEО с первоначаль((o» скоростью дв !жени„> и !Счн!.ка

- - - -Р

;! =!6I т!:: 1. <(Г,;" >. I! З И .) с . Е .ПЕРс1ТУ<)c! Э; ало!11!О О

<76f7cf:3 Ц< и 101! Hс!Г!7С) В С. <=! 0 с: -! э(«!с(Ген Ой(ско..ос(т .ю

;-;-.(ЖЕНИ-1 1!СтOсг((т(КП Э 3ЕРГИИ, 1! 3 б(,< з 01 ) ст ri <Э ><<3)l«6 i i à:I с,р температура образца:!сследуе. .<ого <м>атериа)(а с пе(0(коначаль ioH ског Ос:тью

;тВ ИМ<ЕНИЯ И< ТО:ГН!1«а Э Ifc:P—

-cèè, . (— И 3 б;-;; (Q H Г! -р Р»: 1,<,r;

ТЕМПЕРаT;,. Pci С )Pc«!31..>B:..ССЛЕ71, емог0 1;(атс= (7 !!ела Г * ям<= ненной -..корос ью; вим ения

1>с: "->-з " <- - (->1! > и =

H2. "-Гер еж» !т ):.!<едена схема pacnoJ1o)KQ н и я ис 1 Оч Н11« а . 1 .ОГ Г" ии )! дат<тик

". в(!ПЕР а Т< «РЫ От, ОС И r Q >16 (< Э Т -1 (ОН (ОГ О

H C С ЛЕД /ЕЫ I <Э(7 . с! .3,: J С)Г > cl C (НО и э обре те(и-ю .

< ХЕ(И> » КУИ0-<аСЭ J H 0 С С;.1 H H c :,, 1-. ИИ

И Да ТЧ,1IК с«(110 f:с!ТУР! 2 < КОТ С f > < 1ОМ(Е—

11(<эны на)(этал0 ом 7 с <3)!)3естн<з!3 гем—

П< РсатУР<>ПРОВОДНОС- I!,(0 И ИС С)(ВДУЕ!. МИ

Обсазцс!ми =, Бук 3of i: i)c>оз:-:=:H =I 0 напр 1 в;(е 1»(е 11;-)ре(те:вен..jя»; < -, 0-..>н .,< к -1 гии .,"- д-. ò-> ика те.,-.-ерату;:6> 2 с тосиГС)iЬН<Э Э i с! <О .(а 3 H IС)CJUC;J у<. I Г 7 C!<)p<ÇЗ цов 4: (К)ЦОЧантсст В CJ:ЕП (0.;С и.

13(i,!C!c) J(e ИЗ;.1-. РЯ!0Т вЂ”: а-> аЛ 6;!JC = тЕ(.(ПЕ16 Tv!0û этало ia и,!! =c Tíîé темff:: ату— .. с cpoс!с)Д(тос! «Hi0 и 1 с<". : .,уе.,:ых об-;; — зцов, стоит оfif0åcfел:,, Нс! =а .I.п .:="-;«мп .: ра

Тур! .. МОМ!!10;, :;.= 1.% T6 „11. «)Е. JQ„ Jc0 я ДаТ

<1!.1;К -т<3;,!>(а ) ат:. P> -, IJ U 0! f!z По В СГ)71 rf QC. ТС; и

ЭтаЛОНа С -icà=C f HO!), .-.ЕМ(тЕРаТУРОП .Ов ОД н Ос 1 ь(0;1 и сслеДу&(тык Образ цО 3 или ! (ЗЛ(Ери В т<ЭМПЕрс . T VpV Э O!> О Э c J!Of(c! И ис "ледуемых образцов в любой Оч«" их пОверхнОсTH „- пОскольку в пpQJIC ((ах э T d JIQ HB H к ажцог-.. 1(3 и Осу!ед ) p мых образUoв темг:еf7àтура перед Hd ràЛОМ И.) ME PI= H HII ДО .М !< а О< .< с> .Зс(с; (< а(. С, 3 а, Затем тОчечный ис..очиH с теплОДОИ

1067419

Т(х, Р) = где

%

2тм Ы(x Р) (1) избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке, следующей за подвижным источником с такой же скоростью; мощность источника; 55 теплопроводность тела, расстояние от точечного источника до проекции точки, в которой определяют температуру тела, на линию 60 движения источника; расстояние от точки, в которой определяют температуру тела, до точечного источника; 65 энергии 1 постоянной мощности (например, электрическую лампу с зеркальным отражателем и с пятном нагрева, сфокусированным на поверхности нагревавмых твердых тел, или луч лазера и датчик температуры 2 (на- 5 пример, бесконтактный датчик, регистрирующий температуру нагретой поверхности по электромагнитному излучению), жестко связанный с источником

1 и поэтому имеющий постоянное рас- 10 стояние оставания, начинают перемещать с одинаковой и постоянной первоначальной скоростью вдоль поверхностей эталона 3 с известной температуропроводностью и исследуемых образцов 4 в направлении Н.

Толщины эталонного 3 и исследуемых образцов 4 должны быть не меньше расстояния отстаивания, чтобы можно было рассматривать процесс их нагрева как нагрев точечным источником полубесконечного тела. В процессе нагрева для эталонного и для каждого исследуемого образцов.измеряют. предельную температуру нагреваемой поверхности вдоль линии движения источника.

Затем по разности предельной . температуры нагрева эталона 3 и измеренной ранее начальной температуры этого эталона 3 определяют избыточнуюЗО предельную температуру нагрева поверхности эталона 3. Далее по разности предельной температуры нагрева и измеренной ранее начальной температуры каждого из исследуемых образцов 4 on-35 ределяют избыточную предельную температуру нагрева поверхности для каждого из исследуемых образцов 4.

Известно, что при нагреве поверхности полубесконечного тела точечным 4п подвижным источником избыточная предельная температура поверхности этого тела в точке, перемещающейся вслед эа источником вдоль линии его движения с той же скоростью, определяется 45 формулой

Ч - скорость:движения источника, or — температуропроводность тела ..

Далее повторно измеряют начальные температуры эталона с известной тем-: пературопроводностью и исследуемых образцов. После этого тот же точечный источник тепловой энергии 1 и жестко связанный с ним датчик температуры 2 начинают перемещать с измененной скоростью вдоль поверхностей эталонного 3 и исследуемых образцов

4 в направлении Н. В процессе нагрева с измененной скоростью движения источника 1 при помощи датчика температуры 2 измеряют предельную температуру нагреваемой поверхности вдоль линии движения источника для эталонного образца 3 и для каждого исследуемого образца. .По разности предельной температуры нагрева с измененной скоростью источника и повторно измеренной начальной,температуры определяют избыточные предельные температуры нагрева поверхности для эталонного и исследуемого образцов.

Из соотношения (1) для отношения избыточных предельных температур эталона 3, определенных при первоначальной и измененной скорости движения источника, справедлива зависимость

2эт эт где Т вЂ” избыточная предельная

1Зт температура эталона, определенная при.первоначальной скорости V> движения источника

T — избыточная предельная

2зт температура эталона, определенная при измененной скорости Ч движения источника. температуропроводность эталона 3, первоначальная скорость

1 движения источника, V2 — измененная скорость движения источника.

Из соотношения (11 для отношенюя избыточных предельных температур каждого исследуемого образца, определенных при первоначальной и измененной скорости движения источника, справедлива аналогичная зависимость.

Поскольку величина (Ч1 — Ч j остается одинаковой и для эталона и для всех исследуемых образцов, температуропроводность or>T для эталона 3 известен, а избыточные предельные температуры для эталона 3 и исследуемых образцов 4 определены, то для каждого исследуемого образца темпе1067419 рп т ) 9T

0 е

Т

Йэт айр "эт ф (3l

Рп 1055

Т

2обр

Составитель В.Битюков

Редактор М.Келемеш Техред С.Мигунова Корректор A.Ïoâõ

Заказ 11202/48 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, lK-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 э . ратуропроводность определяют из соотношения, вытекающего иэ формул (1) и (2) где п — температуропровод- >0

oîР ность исследуемого образца, Т 7 — избыточные предельные

1 эт температуры соответственно для эталона и::. 15 исследуемого образца при первоначальной скорости движения источника;

Т,T - избыточные предельные щ температуры cooTBeTGTвенно для эталона и исследуемого образца при измененной скорости движения источника.25

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет определять температуропроводность исследуемых твердых тел. Поскольку длительность нагрева и измерений для отдельного исследуемого образца составляет не.сколько десятков секунд (10-30с при длине образца 5-10 см и при реальной скорости движения источника и датчика температуры 0,3-1 см/с), а подготовительные операции (замена 10-15 исследуемых образцов одновременно перед источником и датчиком темпера° туры и возвращение источника и датчика температуры в исходное положение) просты и требуют незначительного времени (50-60 с), способ обеспечивает высокую производительность процесса измерений до 100-150 исслецованных образцов за рабочую смену ). Простота операций обеспечивает малую погрешность определения температуропроводности.

3а счет того, что в соотношение (3 ), определяющее температуропроводность, входит только отношение избыточных предельных температур, способ позволяет при.регистрации температуры нагреваемой поверхности образца по электромагнитному излучению не принимать мер по устранению влияния изменчивости коэффициента излучения по поверхности образца на результаты измерений, так как в соотношенис (3) .входят избыточные предельные температуры, измеренные на одних и тех же участках для эталонного и исследуемых образцов. Это также уменьшает погрешность определения температуропроводности материалов.