способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов
Классы МПК: | G01N25/18 путем определения коэффициента теплопроводности |
Автор(ы): | Ищук И.Н., Фесенко Т.А., Обухов В.В. |
Патентообладатель(и): | Тамбовский военный авиационный инженерный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-17 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение относится к теплофизике, а именно к области контроля качества теплоизоляционных покрытий. Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов заключается в импульсном нагреве поверхности теплоизолированного исследуемого материала и измерении значений температуры в заданной точке контроля. При этом нагрев поверхности материала осуществляют от точечного импульсного источника тепла. Измерения производят только в одной точке контроля до момента времени, когда соотношение между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением достигнет определенного наперед заданного соотношения, а искомые теплофизические характеристики материалов - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности определяют расчетным путем, исходя из длительности интервала времени до наступления наперед заданного соотношения. Данное изобретение направлено на упрощение проведения теплофизических измерений. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, заключающийся в использовании импульсного нагрева поверхности теплоизолированного исследуемого материала и измерении значений температуры в заданной точке контроля, отличающийся тем, что нагрев поверхности материала осуществляют от точечного импульсного источника тепла, измерения производят только в одной точке контроля до момента времени, когда соотношение между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением достигнет определенного наперед заданного соотношения, а искомые теплофизические характеристики материалов рассчитывают по формулам![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-11t.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-12t.gif)
где а - коэффициент температуропроводности;
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
r - расстояние между источником тепла и термодатчиком;
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184007/955.gif)
Q - количество тепла выделяемого точечным источником тепла;
k - значение наперед заданного соотношения;
T(r,
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям. Область применения - контроль качества теплоизоляционных покрытий. Известен импульсный способ определения теплофизических характеристик материалов (ТФХ), состоящий в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на поверхность образца и регистрации момента времени![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
Известен также способ, наиболее близкий к данному техническому решению, определения ТФХ, состоящий в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на поверхность образца и регистрации момента времени
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-2t.gif)
ТФХ материалов определяют по формулам
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-3t.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-4t.gif)
где а - коэффициент температуропроводности;
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184009/964.gif)
r- расстояние между источником тепла и термодатчиком;
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184007/955.gif)
Q - количество тепла, выделяемого точечным источником тепла;
k - значение наперед заданного соотношения. Приведенные формулы получают на основании следующих рассуждении. Для полуограниченного тела величина избыточной температуры при воздействии импульса тепла бесконечно малой длительности от точечного источника, расположенного на его поверхности, описывают выражением
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-5t.gif)
на основании которого дифференциальное значение температуры по времени представляют как
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-6t.gif)
На основании выражений (1), (4), (5) получают формулу для определения коэффициента температуропроводности (2). Подставив найденное значение коэффициента температуропроводности (2) в выражение (4) получают формулу для определения коэффициента теплопроводности (3). На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала 1 помещают точечный импульсный источник тепла 2, выделяющий количество тепла, равное Q. На расстоянии r от источника тепла располагают термодатчик 3. После подачи теплового импульса в заданной точке контроля поверхности исследуемого материала фиксируют дифференциальное по времени значение температуры и ее абсолютное значение до момента наступления заранее заданного соотношения. На фиг. 2. приведены расчетные графики изменения значений температуры и ее дифференциальных по времени значений при Q=0.5 Дж; а=5
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184007/955.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-7t.gif)
а производная температуры по времени
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-8t.gif)
Коэффициенты температуро- и теплопроводности рассчитывают по формулам
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-9t.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, патент № 2184952](/images/patents/286/2184952/2184952-10t.gif)
Аналогично получаются расчетные формулы при использовании плоского источника тепла. Применение предлагаемого способа позволяет использовать только один канал измерений, повысить быстродействие, т.к. момент наступления заданного соотношения всегда наступает раньше значения максимума температуры, уменьшить энергопотребление источником тепла в случае использования точечного источника тепла.
Класс G01N25/18 путем определения коэффициента теплопроводности