Способ определения температуропроводности материалов

Способ определения температуропроводности материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ъ йк у телы,;,, т

Союз Советских

Социалмстическмк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6t ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25.06.79(21) 2787565/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23,01.82. Ьюллетень,йо 3

Дата опубликования описания 25.02.82 (5I)M. Кл.

601 Й 25/18

Гоо7Аарствснный комитет по делом изобретений н открытий (5З) УДК,5Э6.41 (088.8) B. М. Баранов, A. Н. Быков, В. A. Гаранов и А, H. Самохвалов (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ

МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано

< при определении теплофизических свойсть, материалов в широком интервале температур, в частности при воздействии ионизирующих излучений, Известен способ определения температуропроводности, основанный на иэмере нии изменения температуры поверхности образца с помощью термопар при создании в нем нестационарного температурного поля(11, Однако этот способ не позволяет про» водить надежные и точные измерения в широком интервале температур из-эа инерционности термопар и погрешности, обусловленной изменением поля температуры в месте заделки термопар в образец и изменением свойств материала термопар.

Известен способ определения температуропроводности твердых тел(2), заклю- чаю цийся в том, что в исследуемом образце возбуждают ультразвуковые коле6ания вблизи одной из резонансных частот и одновременно с этим осуществляют

1 нестационарный нагрев поверхности образца. Изменение амплитуды колебаний, обусловленное изменением резонансной частоты образца в результате нагрева, регистрируют с помо|цью приборов, нахо» дят постоянную времени изменения амплитуды и по известным, соотношениям опре- . деляют температуропроводность образца.

Недостатком способа является большая погрешность при измерениях на образцах материалов, обладающих большим коэффициентом затухания ультразвуковых

1$ колебаний, например, полимерных материалов.

Бель изобретения - повышение точности и надежности измерений температуропроводностй материалов с большим ко20 эффициентом затухания ультразвуковых колебаний.

Цель достигается т м, что исследуемый образец механически соединяют с эталонным образцом с известными фиэи(2 Г40 гае

78249 ческими свойствами, изготовленным из материала с малым коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний, возбуждают в системе резонансные колебания на . частоте, вблизи которой наблю, O дается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от часто»- ты, и по скорости изменения амплитуды колебаний системы, состоящей из исследуемого и эталонного образцов, нахо- 1о дят температуропровоцность материала исследуемого образца.

На фиг. 1 изображена система .опре-,. деления температуропроводности, на фиг. 2 - резонансные кривые изменения амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения.

Систему, состоящую *иэ исследуемого

1 и эталонного 2 образцов, размещают между звукопроводами 3, через которые осуществляется возбуждение и регистрация колебаний. Механическое соединение образцов осуществляют с помощью пружинящего элемента 4. Нестационарное температурное поле в исследуемом образце сознают путем воздействия на его плоскую поверхность импульсного теплового потока.

Условие применимости такой схемы измерения заключается в том, чтобы время переходного теплового процесса в. эталонном образце было много меньше, чем время переходного теплового про цесса в исследуемом образце.

Постоянная времени переходного теп35 лового процесса исследуемого образца определяется по формуле — толщина исследуемого образца, г < =3,14, Q — температуропроводность материала исследуемого образца.

Постоянная времени переходного теплового процесса эталонного о разца on9 реаеляется по формуле С = „, где

- толщина эталонного образца, 2, Q — температуропров одность матерка-50 ла эталонного образца. .Тогда условие применимости способа можно записать в виде Г >) C>. Такое условие можно выполнить путем выбора эталонного образца с малой толщиной 55 (9 = 2-3 мм) из материала с большим

2. коэффициентом температуропроводности, -6 например пэ алюминия (a = 8,9.10 мlс).

Известно, что изменение температуры задней поверхности исследуемого плоского образца при импульсном тепловом воэ« действии на его переднюю поверхность описывается формулой Ь -coh5E. где, д1 — приращение температуры задней поверхности исследуемого образца, — время, отсчитываемое с момента начала теплового воздействия.

Поскольку тепловая постоянная времени эталонного образца существенно меньше, чем исследуемого, его температура меняется по тому же закону, что и температура задней поверхности исследуемого образца, Изменение температуры приводит к изменению параметров колебаний эталонного образца, которые измеряются в эксперименте.

Пусть — резонансная частота

Р1 эталонного образца, а 1 — соответствующая резонансная кривая, характеризующая изменение амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения.

При возбуждении образца на частоте с,и, вблизи которой наблюдается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний QT частоты, амплитуда KD лебаний будет равна A . Если теперь про1 вести нагрев одной стороны образца, то в результате изменения температуры эталонного образца и соответствующего изменения модуля упругости материала резонансная частота эталонного образца изменится и станет равной некоторому новому значению р, а соответствующая резонансная кривая будет иметь виа П.

При неизменных прочих условиях амплитуда колебаний образца примет новое значение Л . При правильном выборе рабочей частоты g»g на участке, где наблюдается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от частоты, изменение амплитуаы Ь А= г

=А — A будет линейно связано с изменением резонансной частоты эталонного образца р =. р - 1р„. В случае отклон ненни рабочей частоты от указанного участка связь между изменением резонансной частоты и амплитуды будет нелинейной. В свою очередь, изменение резонансной частоты эталонного образца линейно зависит от изменения температуры ДТ, ввиду малости b.Т .

Поэтому изменение амплитуды колебаний эталонного образца будет происходить

782494

5 6 по такому же закону, что и изменение т повысить точность ультразвуковых д A = co

Сигнал высокой частоты от генерато- ром "-10 60 мм) в различных условиях ров 5 или 6(см. фиг. 3) частота кото- эксперимента. рог о измеряется частотомером 7, подает- 10 ся на пьезопреобразователь 8, где преоб4 разуется в .механические колебания, Через ф о р м у л а и a o 6 р е т е н и я звукопровод 9 механические колебания

Способ определения температуропропередаются системе исследуемого 10 и водности материалов путем создания. неэталонного 11 образцов, механически со- g

,единенных с lIDMoULbto пружинящего эле- стационарного температурного попя в исслемента 1 2. Колебания эталонного образ- дУемом образце и из Р емом азце и изме ения изменения во в емени зонансной частоты и амплитуды ца через звукопровод 13 передаются времени Резонансной механических колебаний образца, о тпьезопреобразователю- 14, где преобразул и ч а ю шийся тем, что, с целью ются в электрический сигнал. Импульс:....,повышения точности и надежности измеНЫй НаГРЕВ СИСТЕМЫ ОбраЗцОВ ОСУЩЕСт- eHHf, м- атуройроводно,. ти материавляют с помощью лампы-вспышки .15.. лов с большим коэф4 иентом затухания

Электрический сигнал с преобразователя . колебаний, исследуемый образец механиусиливается усилителем 16, фильтруется чески соедйняют с "эталонным образцом с фильтром 17 и наблюдается на экране .известными физическими свойствами, из осциллографа 18. Низкочастотная состав- готовлейным из материала с малым коэф ляющая сигнала, соответствующая профициентом затуханйя колебаний, возбужцессу изменения амплитуды колебаний дают в системе резонансные колебания эталонного образца в результате нагрева, . на частоте, вблизи которой имеет место выделяется с помощью детектора 19 и

З0. максимальная зависимость амплитуды ре» выводится на ленту самописца 20. Для исключения влияния исследуемого бразца : зонанснь!х колебаний от ч то зонансных коле ани от частоты, и по на ультразвуковые колебания эталонцого скорОсти изменения амплитуды колебаобразца сцепление между ними осуществ-. ний системы, состоищ и ду ний системы, состоящей из исследуемого ляют с незначительными усилиями (л 3.. " и эталонного образцов, находят темне1О r/см ), кроме того, используют ради 35:ратуропроводность материала исследуеальные типы колебаний эталонного образ- мого образца. ца. При указанных условиях погрешность определения температуропроводности сос- Источники информации, тавляет 5- 6%: принятые во внимание при экспертизе

Измерения, проведенные на известных 1. Петруннна Г,"И. и Юрчак P. П.

40 образцах из резины, текстолита и фторо- Установка для измерения темпеоатуропласта совпали с известными данными проводности материалов методом плосв пределах погрешности измеренйй. ких температурных волн, ТВТ, № 3.

Применение эталонного образца для 1971. определения температуропроводности ма- 4 2 Авторское свидетельство СССР териалов с большим коэффициентом зату- № 342117, кл. $01 N 25/20, 1972 хания ультразвуковых колебаний позволя- (прототип). фиг. /

Щч 2

Составитель A. Поляков

Техред корректор О, Билак

Редактор E. Хейфиц

Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 647

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород., ул. Проектная, 4