Способ характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов (варианты) и устройство для его осуществления

Способ характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов (варианты) и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области изучения теплофизических свойств материалов, а именно - характеристике неоднородности и определению теплопроводности материалов. Характеристика неоднородности заключается в получении информации о степени и характере неоднородности твердых, слабоконсолидированных или рыхлых материалов, теплофизические свойства которых изменяются в пределах объема изучаемого образца, в определении границ и выделении участков, отличающихся один от другого по своим теплофизическим свойствам.

К исследуемым материалам могут, например, относиться промышленные материалы, рыхлые, слабоконсолидированные и твердые образцы горных пород, минералы, буровой шлам. Данные, полученные в результате применения этого изобретения, могут быть использованы, например, в нефтедобывающей и горнодобывающей отраслях промышленности для анализа неоднородности горных пород в резервуарах и пластах, прогноза неоднородности горных пород по другим физическим свойствам, моделирования тепло- и массопереноса, интерпретации данных термометрии, определения плотности теплового потока, изучения корреляционных связей теплопроводности с другими физическими свойствами, разработки и оптимизации технологий и методов повышения нефтеотдачи пластов, определения насыщенности горных пород, оценки содержания керогена и органического вещества в горных породах, прогноза пористости, трещиноватости и геометрии порового пространства, оценки анизотропии теплопроводности, температуропроводности и других физических свойств.

Из уровня техники известен способ бесконтактного определения теплопроводности материалов (патент РФ №2211446, кл. G01N 25/18, 2003 г.), включающий перемещение двух термоприемников и источника энергии над исследуемым образцом без воздействия на него источника энергии, измерения первым термоприемником температуры на поверхности исследуемого образца и синхронные измерения температуры окружающей среды. После этого 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 исследуемый образец подвергают воздействию тепловыми импульсами от точечного подвижного источника энергии, при этом в ходе нагрева регистрируют температуру образца. При помощи известного соотношения по результатам измерений температуры определяют теплопроводность образца.

Данный способ не позволяет получать информацию о степени и характере неоднородности исследуемого образца, и, кроме того, способ обладает недостаточно высокой точностью определения теплопроводности исследуемых материалов из-за чрезмерно приближенного определения площади участка теплоотвода с поверхности исследуемых материалов.

Известен также способ бесконтактного определения теплопроводности материалов (патент РФ №2153664, кл. G01N 25/18, 1999 г.), заключающийся в нагреве поверхностей образцов исследуемых материалов при движении друг относительно друга платформы с образцами и блока нагрева, регистрации начальной температуры и температуры нагрева образцов исследуемых материалов, определения предельных избыточных температур образцов исследуемых материалов, после чего по результатам регистрации предельных избыточных температур рассчитывают искомую величину теплопроводности.

Указанному способу присуще отсутствие возможности обеспечить высокую пространственную разрешающую способность при оценке степени и характера неоднородности исследуемых материалов при одновременном обеспечении достаточно высокой точности определения теплопроводности исследуемого материала. Это связано с тем, что, во-первых, в известном способе не определены условия реализации способа, при которых одновременно достигаются наилучшая пространственная разрешающая способность характеристики неоднородности материалов и возможность определения теплопроводности с задаваемой допустимой погрешностью измерений, так как отсутствует алгоритм выбора параметров режима измерений для оптимального сочетания регистрации неоднородности и определения теплопроводности. Во-вторых, в процессе измерений необходимо регистрировать предельную температуру нагрева, которая не может быть достигнута на участках материалов, характеризующихся высокой степенью неоднородности. В-третьих, случайные колебания мощности нагрева могут не позволить обеспечивать требуемую точность определения теплопроводности и достоверную характеристику неоднородности исследуемых материалов. В-четвертых, колебания положения нагреваемой поверхности образцов материалов относительно источника нагрева и узла регистрации начальной и избыточной температуры при непараллельности оптических осей оптического нагревателя и оптического регистратора температуры могут вносить неконтролируемую погрешность в результаты измерений избыточной температуры, что приводит к недопустимым погрешностям в результатах характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов. Данный недостаток проявляется в случаях, когда нагрев исследуемых материалов и регистрация избыточной температуры нагреваемой поверхности исследуемых материалов осуществляются оптическим путем, что в настоящее время является практически единственным условием реализации способа. В таком случае при небольших расстояниях (от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров) между пятном нагрева и участком регистрации температуры нагретой поверхности позади пятна нагрева отсутствует возможность обеспечения параллельности оптических осей источника нагрева (лазера или электрической лампы) и оптического регистратора температуры нагрева образца исследуемого материала. Это приводит к тому, что колебания положения нагреваемой поверхности образцов материалов относительно источника нагрева и узла регистрации начальной и избыточной температуры приводят к изменениям расстояния между пятном нагрева и участком регистрации температуры нагретой поверхности позади пятна нагрева, что вызывает существенные колебания избыточной температуры нагрева поверхности образцов исследуемых материалов, приводящие к недопустимому искажению результатов характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов.

Для реализации способа, описанного в патенте РФ №2153664, используется устройство, содержащее платформу для размещения исследуемых образцов и эталонов с известной теплопроводностью и блок нагрева-регистрации, включающий датчик температуры и источник нагрева образцов в виде лампы, лазера или конвективного источника нагрева. Данному устройству также присущи недостатки, отмеченные выше для соответствующего способа характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов.

Предлагаемый способ характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов обеспечивает возможность характеристики неоднородности материалов с высокой пространственной разрешающей способностью, а также обеспечивает детальную регистрацию распределения избыточной температуры и теплопроводности в каждом образце материала одновременно с обеспечением заданной точности определения теплопроводности.

Предлагаемый способ характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов включает в себя следующие этапы.

В процессе предварительной подготовки к измерениям, предусматривающим определение начальной температуры образцов, нагрев поверхностей образцов пятном нагрева, формируемым источником нагрева и движущимся вдоль поверхности образцов по прямой линии с постоянной скоростью, и определение избыточной температуры нагрева образцов материалов на участке регистрации избыточной температуры на поверхности образцов при помощи блока регистрации избыточной температуры, включающего по меньшей мере один датчик температуры, и движущегося по линии движения пятна нагрева со скоростью, равной скорости движения пятна нагрева, задают случайную и систематическую погрешности определения теплопроводности материалов и устанавливают минимально возможную величину постоянной времени блока регистрации избыточной температуры, при которой температурная разрешающая способность блока регистрации избыточной температуры по своей величине не превышает значения, соответствующего заданной случайной погрешности определения теплопроводности материалов. Далее устанавливают минимально возможное расстояние между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры, максимально возможную скорость движения друг относительно друга образцов, источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры, а также размеры пятна нагрева, размеры участка регистрации избыточной температуры и мощность источника нагрева таким образом, чтобы одновременно обеспечивались высокая пространственная разрешающая способность характеристики неоднородности материалов, заданные случайная и систематическая погрешности определения теплопроводности материалов и нагрев поверхности образцов материалов до уровня, не превышающего максимально допустимую температуру нагрева материалов.

Далее подбирают по меньшей мере один эталонный образец с известной теплопроводностью, исходя из предполагаемой величины теплопроводности исследуемых образцов. Размещают по меньшей мере один эталонный образец вдоль линии перемещения источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры и определяют распределение начальной температуры на поверхности каждого эталонного образца с известной теплопроводностью. Затем осуществляют нагрев поверхности каждого эталонного образца пятном нагрева, формируемым источником нагрева и движущимся по поверхности эталонного образца вдоль прямой линии с постоянной скоростью. После нагрева определяют распределение температуры поверхности каждого эталонного образца на участке регистрации избыточной температуры, расположенном на поверхности каждого эталонного образца по линии перемещения пятна нагрева позади него.

Затем определяют распределение начальной температуры на поверхности каждого исследуемого образца.

Осуществляют нагрев поверхностей исследуемых образцов пятном нагрева, формируемым источником нагрева и движущимся по поверхности исследуемых образцов вдоль прямой линии с постоянной скоростью, и после нагрева определяют распределение температуры нагретой поверхности каждого исследуемого образца путем регистрации температуры нагретой поверхности на участке регистрации избыточной температуры.

Вычисляют избыточные температуры нагрева исследуемых образцов по разности измеренных значений температуры поверхности образцов после нагрева и начальной температуры.

По изменениям избыточной температуры исследуемых образцов вдоль всей линии движения пятна нагрева и перемещения блока регистрации избыточной температуры с учетом распределения начальной температуры исследуемых образцов вдоль линии движения блока регистрации избыточной температуры осуществляют характеристику вида и степени неоднородности и границ неоднородных участков исследуемых образцов.

Теплопроводность однородных участков исследуемых образцов определяют расчетным путем, используя при этом зарегистрированные значения избыточных температур, соответствующих данным однородным участкам исследуемых образцов.

Теплопроводность однородных участков исследуемых образцов может быть определена по формуле:

где K - постоянная величина, установленная по результатам определения распределения начальной температуры и температуры после нагрева на поверхности по меньшей мере одного эталонного образца,

T_0i - начальная температура поверхности исследуемого образца материала на i-м участке исследуемого образца материала вдоль линии движения пятна нагрева,

T_i - температура поверхности исследуемого образца материала на i-м участке исследуемого образца вдоль линии движения пятна нагрева после нагрева,

T_i-T_0i - избыточная температура нагрева исследуемого образца материала на i-м участке исследуемого образца вдоль линии движения пятна нагрева после нагрева,

N - общее число участков поверхности исследуемого образца материала вдоль линии движения пятна нагрева, на которых определяется начальная температура поверхности и избыточная температура нагрева исследуемого образца.

Согласно второму варианту реализации изобретения в процессе предварительной подготовки к измерения, задают случайную и систематическую погрешности определения теплопроводности материалов и устанавливают минимально возможную величину постоянной времени блока регистрации избыточной температуры, при которой температурная разрешающая способность блока регистрации избыточной температуры по своей величине не превышает значения, соответствующего заданной случайной погрешности определения теплопроводности материалов. Устанавливают также минимально возможное расстояние между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры, максимально возможную скорость движения друг относительно друга образцов, источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры, а также размеры пятна нагрева, размеры участка регистрации избыточной температуры и мощность источника нагрева таким образом, чтобы одновременно обеспечивались высокая пространственная разрешающая способность характеристики неоднородности материалов, заданные случайная и систематическая погрешности определения теплопроводности материалов и нагрев поверхности образцов материалов до уровня, не превышающего максимально допустимую температуру нагрева материалов.

Подбирают по меньшей мере один эталонный образец с известной теплопроводностью исходя из предполагаемой величины теплопроводности исследуемого образца и размещают по меньшей мере один эталонный образец последовательно с по меньшей мере одним исследуемым образцом вдоль линии перемещения источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры. Определяют распределение начальной температуры на поверхности каждого эталонного образца и на поверхности каждого исследуемого образца и осуществляют нагрев поверхностей эталонных образцов и исследуемых образцов пятном нагрева, формируемым источником нагрева и движущимся по поверхности эталонных образцов и исследуемых образцов вдоль прямой линии с постоянной скоростью.

После нагрева определяют распределение температуры нагретой поверхности эталонного образца и каждого исследуемого образца путем регистрации температуры нагретой поверхности на участке регистрации избыточной температуры, расположенном на поверхности каждого эталонного образца и исследуемого образца по линии перемещения пятна нагрева позади него и движущемся вдоль нагреваемой поверхности каждого эталонного образца и исследуемого образца со скоростью, равной скорости движения пятна нагрева.

Вычисляют избыточные температуры нагрева эталонных и исследуемых образцов по разности измеренных значений температуры поверхности образцов после нагрева и начальной температуры.

По изменениям избыточной температуры исследуемых образцов вдоль всей линии движения пятна нагрева и перемещения блока регистрации избыточной температуры с учетом распределения начальной температуры эталонных образцов и исследуемых образцов вдоль линии движения блока регистрации избыточной температуры осуществляют характеристику вида и степени неоднородности и границ неоднородных участков исследуемых образцов.

Теплопроводность однородных участков исследуемых образцов определяют расчетным путем, используя при этом зарегистрированные значения избыточных температур, соответствующих данным однородным участкам исследуемых образцов.

Теплопроводность однородных участков исследуемых образцов может быть определена по формуле:

где T_эт0k - начальная температура поверхности эталонного образца на k-м участке эталонного образца вдоль линии движения пятна нагрева и блока регистрации избыточной температуры,

Т_этk - температура поверхности эталонного образца на k-м участке эталона вдоль линии движения пятна нагрева и блока регистрации избыточной температуры после нагрева,

Т_этk-Т_эт0k - избыточная температура нагрева поверхности эталонного образца,

N₁ - общее число участков поверхности эталонного образца вдоль линии движения пятна нагрева и блока регистрации избыточной температуры, на которых регистрируется начальная и избыточная температура эталонного образца,

Т_0i - начальная температура поверхности исследуемого образца материала на i-м участке исследуемого образца материала вдоль линии движения пятна нагрева и блока регистрации избыточной температуры,

T_i - температура поверхности исследуемого образца материала на i-м участке исследуемого образца материала вдоль линии движения пятна нагрева и блока регистрации избыточной температуры после нагрева,

T_i-T_0i - избыточная температура нагрева однородного участка исследуемого образца материала,

N - общее число участков поверхности исследуемого образца вдоль линии движения пятна нагрева и блока регистрации избыточной температуры, на которых регистрируется начальная и избыточная температура исследуемого образца материала.

Характеристика уровней начальной температуры поверхности образцов и температуры поверхности образцов после нагрева, уровня избыточной температуры нагрева и оценка отношения избыточных температур нагрева эталонных образцов и исследуемых образцов материалов могут быть осуществлены посредством регистрации электрических сигналов, соответствующих начальной температуре поверхности и температуре эталонных образцов и исследуемых образцов материалов после нагрева, и оценке отношения электрических сигналов, соответствующих избыточным температурам поверхности и температуре эталонных образцов и исследуемых образцов материалов после нагрева.

Для варианта, предусматривающего поочередное размещение эталонных и исследуемых образцов вдоль линии перемещения источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры, возможно установление мощности источника нагрева для нагрева исследуемых образцов, отличной от мощности источника нагрева для нагрева эталонных образцов.

В другом варианте реализации способа возможно использование по меньшей мере двух эталонных образцов с известными значениями теплопроводности, при этом эталонные образцы выбирают так, чтобы теплопроводность одного эталонного образца была выше, а теплопроводность другого эталонного образца ниже, чем теплопроводность исследуемого образца материала.

В другом варианте реализации способа перед началом измерений эталонные и исследуемые образцы могут быть установлены таким образом, чтобы колебания положения нагреваемой поверхности образцов и отдельных ее участков относительно источника нагрева и узла регистрации избыточной температуры в процессе измерений не превышали установленной допустимой величины.

В другом варианте реализации способа перед проведением измерений определяют зависимости погрешности определения избыточной температуры эталонных и исследуемых образцов и погрешности определения теплопроводности исследуемых образцов материалов от величины колебаний положения нагреваемой поверхности образцов и ее отдельных участков относительно источника нагрева и узла регистрации избыточной температуры. Затем в процессе измерений регистрируют величину колебаний положения нагреваемой поверхности эталонных и исследуемых образцов и отдельных участков нагреваемой поверхности образцов относительно источника нагрева и узла регистрации избыточной температуры. После завершения определения избыточной температуры нагрева вносят в результаты определения избыточной температуры эталонных и исследуемых образцов поправку в соответствии с установленными зависимостями погрешности определения избыточной температуры, и погрешности определения теплопроводности исследуемых образцов от величины колебаний положения нагреваемой поверхности образцов относительно источника нагрева и узла регистрации избыточной температуры.

Еще в одном варианте реализации предлагаемого способа перед началом измерений устанавливают источник нагрева и узел регистрации избыточной температуры относительно поверхностей эталонных и исследуемых образцов таким образом, чтобы в процессе измерений изменение избыточной температуры, обусловленное колебаниями нагреваемой поверхности образцов относительно источника нагрева и узла регистрации избыточной температуры, не превышало заранее заданной величины.

Еще в одном варианте предлагаемого способа в процессе нагрева эталонных и исследуемых образцов регистрируют колебания мощности источника нагрева относительно заранее установленного ее значения и фиксируют места положения пятна нагрева на поверхности образцов, которым эти колебания мощности источника нагрева соответствуют. После завершения нагрева вносят поправки в зарегистрированные значения температуры нагрева вдоль образцов, соответствующие зарегистрированным колебаниям мощности источника нагрева для тех участков поверхности образцов, которым зарегистрированные колебания мощности нагрева соответствуют.

Для реализации вышеописанного способа предлагается устройство, содержащее платформу для размещения эталонных образцов с известной теплопроводностью и/или исследуемых образцов материалов, источник нагрева, формирующий пятно нагрева на поверхности эталонных и исследуемых образцов, и блок регистрации избыточной температуры, содержащий по меньшей мере один датчик температуры. Платформа для размещения образцов, источник нагрева и блок регистрации избыточной температуры установлены с возможностью перемещения друг относительно друга, причем источник нагрева и блок регистрации избыточной температуры расположены друг относительно друга с возможностью движения один за другим вдоль линии перемещения пятна нагрева по поверхности образцов.

Устройство содержит также блок регулировки постоянной времени блока регистрации избыточной температуры, блок регулировки температурной разрешающей способности блока регистрации избыточной температуры, блок регулировки расстояния между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры, блок регулировки скорости движения друг относительно друга платформы для размещения образцов, источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры, блок регулировки размеров пятна нагрева, блок регулировки размеров участка регистрации избыточной температуры, блок регулировки мощности источника нагрева и блок регистрации уровня мощности источника нагрева.

Блок регистрации избыточной температуры может содержать два отдельных датчика температуры - датчик для измерения начальной температуры поверхности образцов и датчик для измерения температуры поверхности образцов после нагрева, при этом источник нагрева расположен между датчиком для измерения начальной температуры поверхности образцов и датчиком для измерения температуры поверхности образцов после нагрева.

Устройство может дополнительно содержать узел регулировки положения нагреваемой поверхности образцов относительно источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры.

В другом варианте реализации предлагаемого способа в состав устройства может быть дополнительно включен узел регистрации величины колебания положения нагреваемой поверхности образцов и отдельных ее участков относительно источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры в процессе измерений. Узел регулировки положения нагреваемой поверхности образцов и узел регистрации величины колебания положения нагреваемой поверхности образцов и отдельных ее участков могут быть совмещены в одном узле.

В другом варианте реализации предлагаемого способа устройство может дополнительно содержать узел коррекции результатов регистрации избыточной температуры нагреваемой поверхности образцов.

Еще в одном варианте реализации предлагаемого способа в состав устройства могут дополнительно входить узел регистрации колебаний мощности источника нагрева, узел регистрации мест положения пятна нагрева в процессе нагрева образцов, которым эти колебания мощности соответствуют, и узел коррекции зарегистрированных значений температуры нагрева после завершения нагрева образцов в соответствии с зарегистрированными колебаниям мощности источника нагрева для тех участков поверхности образцов, которым соответствуют зарегистрированные колебания мощности нагрева.

Существо предлагаемого способа иллюстрируется на фиг. 1, где показано схематическое расположение нагреваемой поверхности образцов материалов и/или эталонных образцов с известными значениями теплопроводности относительно источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры при характеристике неоднородности и определении теплопроводности материалов, на фиг. 2, где показана функциональная схема устройства для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов, и на фиг. 3, где приведены результаты определения избыточной температуры и теплопроводности вдоль линии движения пятна нагрева на одном и том же образце, полученные при помощи предлагаемого способа и способа, известного из уровня техники.

В соответствии с фиг. 2 устройство для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов содержит платформу 1 для размещения эталонных и/или исследуемых образцов с известными значениями теплопроводности 2, источник нагрева 3, блок 4 регистрации избыточной температуры, содержащий два датчика. Платформа 1, источник 3 нагрева и блок 4 регистрации избыточной температуры установлены с возможностью перемещения друг относительно друга. Источник 3 нагрева и блок 4 регистрации избыточной температуры расположены друг относительно друга с возможностью движения один за другим вдоль линии перемещения участка регистрации избыточной температуры по поверхности образцов.

В состав устройства для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов входит также блок 5 регулировки постоянной времени блока 4 регистрации избыточной температуры, блок 6 регулировки температурной разрешающей способности блока 4 регистрации избыточной температуры, блок 7 регулировки расстояния между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры, блок 8 регулировки скорости движения друг относительно друга платформы 1 с образцами 2, источника 3 нагрева и блока 4 регистрации избыточной температуры. В состав устройства для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов включают также блок 9 регулировки размеров пятна нагрева, блок 10 регулировки размеров участков регистрации избыточной температуры, блок 11 регулировки мощности источника нагрева и блок 12 регистрации уровня мощности источника нагрева.

В другом варианте реализации предлагаемого способа устройство для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов может дополнительно содержать узел 13 регулировки положения нагреваемой поверхности образцов 2, обеспечивающий выравнивание положения поверхностей образцов 2 относительно источника 3 нагрева и блока 4 регистрации избыточной температуры с ограничением величин колебаний положения поверхностей образцов в пределах допустимой величины. Данный узел выполняется так, что он обеспечивает такое выравнивание положения поверхностей образцов 2 относительно источника 3 нагрева и блока 4 регистрации избыточной температуры, что колебания положения нагреваемой поверхности образцов 2 относительно источника 3 нагрева и блока 4 регистрации избыточной температуры в процессе измерений не превышают заранее заданной величины.

В состав устройства для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов также может дополнительно входить узел 14 регистрации величины колебания положения нагреваемой поверхности образцов 2 и отдельных ее участков относительно источника 3 нагрева и блока 4 регистрации избыточной температуры в процессе измерений. Узел 13 регулировки положения нагреваемой поверхности образцов 2 и узел 14 регистрации величины колебания положения нагреваемой поверхности образцов 2 и отдельных ее участков могут быть совмещены в одном узле.

Еще один вариант предлагаемого устройства отличается тем, что в состав устройства для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов включают узел 15 коррекции результатов регистрации избыточной температуры нагреваемой поверхности образцов 2, который используют для учета поправки, определенной в соответствии с установленными зависимостями погрешности регистрации температуры нагрева образцов 2 и погрешности определения теплопроводности образцов 2 от величины колебаний положения нагреваемой поверхности образцов 2 относительно источника 3 нагрева и блока 4 регистрации избыточной температуры.

Предлагается также вариант устройства для характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов, при котором в состав устройства включают узел 16 регистрации колебаний мощности источника 3 нагрева. Узел 16 регистрации колебаний мощности регистрирует колебания мощности источника 3 нагрева в процессе нагрева поверхности образцов 2 относительно заранее установленного ее значения. Устройство также содержит узел 17 регистрации мест положения пятна нагрева в процессе нагрева образцов 2, которым эти колебания мощности соответствуют. Кроме того, в состав устройства включают также узел 18 коррекции зарегистрированных значений температуры поверхности образцов 2 после завершения нагрева в соответствии с зарегистрированными колебаниями мощности источника 3 нагрева для тех участков поверхности образцов 2, которым зарегистрированные колебания мощности нагрева соответствуют.

Предлагаемый способ характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов обеспечивает существенно более детальную регистрацию распределения избыточной температуры для каждого образца одновременно с обеспечением заданной точности измерений теплопроводности. Это достигается за счет того, что в процессе подготовки к измерениям устанавливают необходимую совокупность параметров режима измерений, которая должна обеспечить одновременное выполнение следующих требований: во-первых, измерения теплопроводности с задаваемыми допустимыми случайной и систематической погрешностями, и, во-вторых, обеспечение максимально высокой пространственной разрешающей способности в условиях задаваемых случайной и систематической погрешностей определения теплопроводности. В соответствии с предлагаемым способом задают случайную и систематическую погрешности теплопроводности материалов. Далее, устанавливают минимально возможную величину постоянной времени блока регистрации избыточной температуры, при которой температурная разрешающая способность блока регистрации избыточной температуры по своей величине не превышала бы значения, соответствующего задаваемой требуемой случайной и систематической погрешностей определения теплопроводности материалов. Постоянная времени, характеризующая инерционность блока регистрации избыточной температуры, и температурная разрешающая способность блока регистрации избыточной температуры являются взаимосвязанными величинами. Они связаны таким образом, что уменьшение постоянной времени приводит к возрастанию по величине (ухудшению) температурной разрешающей способности блока регистрации избыточной температуры и, наоборот, увеличение постоянной времени приводит к уменьшению по величине (улучшению) температурной разрешающей способности блока регистрации избыточной температуры. Уменьшение постоянной времени улучшает пространственную разрешающую способность характеристики неоднородности материалов, так как позволяет более четко выделять границы зон неоднородности и делает возможным выделять участки неоднородности материалов с малой протяженностью вдоль поверхности материалов, а уменьшение по величине (улучшение) температурной разрешающей способности блока регистрации избыточной температуры уменьшает случайную погрешность определения теплопроводности материалов. В связи с этим с целью обеспечения максимально высокого пространственного разрешения для характеристики неоднородности материалов максимально уменьшают постоянную времени блока регистрации избыточной температуры, но лишь до того минимально возможного ее значения, которое обеспечивает величину температурной разрешающей способности блока регистрации избыточной температуры на уровне, соответствующем заданному допустимому уровню случайной погрешности определения теплопроводности материалов. Задание минимально допустимой постоянной времени и максимально допустимой по своей величине температурной разрешающей способности блока регистрации избыточной температуры является одним из ключевых этапов для обеспечения одновременно высокой пространственной разрешающей способности характеристики неоднородности материалов одновременно вместе с обеспечением необходимого качества определения теплопроводности.

Далее устанавливают минимально возможное расстояние между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры, максимально возможную скорость движения друг относительно друга образцов, источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры, а также размеры пятна нагрева, размеры участка регистрации избыточной температуры и мощность источника нагрева таким образом, чтобы одновременно обеспечивались высокая пространственная разрешающая способность характеристики неоднородности материалов, заданные случайная и систематическая погрешности определения теплопроводности материалов и нагрев поверхности образцов материалов до уровня, не превышающего максимально допустимую температуру нагрева материалов. При выборе этих параметров режима измерений учитывают, что уменьшение расстояния между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры и увеличение скорости движения друг относительно друга образцов, источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры приводят к улучшению пространственной разрешающей способности характеристики неоднородности материалов, но при чрезмерном уменьшении расстояния между пятном нагрева и участком регистрации избыточной температуры и чрезмерном увеличении скорости движения друг относительно друга с одной стороны исследуемых образцов, а с другой стороны источника нагрева и блока регистрации избыточной температуры систематическая погрешность определения теплопроводности материалов может стать выше требуемого допустимого ее уровня (патент РФ №2153664, кл. G01N 25/18, 1999 г.). Уменьшение размеров пятна нагрева приводит к улучшению пространственной разрешающей способности характеристики неоднородности материалов и понижению систематической погрешности определения теплопроводности материалов, но приводит также к повышению концентрации энергии нагрева, что может вызвать перегрев материала до температуры выше ее максимально допустимого уровня, а необходимое в таком случае уменьшение мощности источника нагрева может привести к повышению случайной погрешности определения теплопроводности материалов выше ее заданного допустимого уровня (патент РФ №2153664, кл. G01N 25/18, 1999 г.). Уменьшение размеров участка регистрации избыточной температуры приводит к понижению систематической погрешности определения теплопроводности, но одновременно понижает температурную разрешающую способность блока рег