способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов
Классы МПК: | G01N25/18 путем определения коэффициента теплопроводности |
Автор(ы): | Клебанов М.Г., Обухов В.В., Фесенко Т.А. |
Патентообладатель(и): | Тамбовский военный авиационный инженерный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-09-04 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение относится к области теплофизических измерений. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала размещают источник тепла в виде окружности. На поверхность исследуемого материала воздействуют тепловыми импульсами равной энергии, подаваемыми в моменты наступления заданных соотношений температур в точках размещения термодатчиков. Частоту следования тепловых импульсов и температуру в одной из контрольных точек в момент окончания тепловых испытаний регистрируют и на основании этих данных по формулам, приведенным в описании, рассчитывают ТФХ исследуемого материала. Технический результат изобретения - повышение точности. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, включающий в себя многократное импульсное тепловое воздействие на теплоизолированную поверхность исследуемого материала и регистрацию частоты следования тепловых импульсов, подаваемых в моменты наступления заданных соотношений температур в двух контрольных точках поверхности исследуемого материала, отличающийся тем, что используют нагреватель в виде окружности и два термодатчика, регистрирующие температуру на окружности нагревателя и в ее центре, а коэффициенты тепло- и температуропроводности рассчитывают соответственно по формулам![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-12t.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-13t.gif)
где Q - количество теплоты, выделяемое единицей длины нагревателя;
r - радиус окружности нагревателя;
z - заданная постоянная;
N - количество подаваемых тепловых импульсов;
F - регистрируемая частота следования тепловых импульсов;
Т2 - температура в центре окружности нагревателя в момент окончания тепловых испытаний.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов. Известен способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик (ТФХ), при котором осуществляют импульсное тепловое воздействие по прямой линии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала (изделия) и фиксируют момент времени, когда отношение избыточных температур в двух разноотстоящих от источника точках поверхности материала достигнет наперед заданного значения (авторское свидетельство 834480 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1979). Недостатком этого способа является сравнительно малая точность определения ТФХ из-за низкой избыточной температуры в контрольных точках. Известен способ контроля ТФХ, заключающийся в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала с последующей регистрацией момента наступления равенства избыточной температуры на заданном расстоянии от линии действия источника, и разницы между температурой на линии действия источника и на заданном расстоянии от нее, на поверхности исследуемого материала (авторское свидетельство 1728755 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1992). Недостатком этого способа является относительно высокая погрешность определения теплофизических коэффициентов исследуемого материала, обусловленная низкой избыточной температурой в точке, удаленной от линии действия источника тепла. В известном техническом решении, наиболее близком к предлагаемому (авторское свидетельство 1728755 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1992), на теплоизолированной поверхности исследуемого материала устанавливают линейный источник тепла, осуществляют многократное импульсное тепловое воздействие на поверхность этого материала и измеряют температуру на линии действия источника тепла и на заданном расстоянии от этой линии. Подачу тепловых импульсов осуществляют в моменты времени, когда соотношения измеряемых температур соответствуют заданному ряду чисел. Недостатком этого способа также является сравнительно большая погрешность определения ТФХ из-за низкой избыточной температуры в точке, удаленной от источника тепла. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения ТФХ за счет увеличения избыточной температуры в точках размещения термодатчиков. Сущность предлагаемого способа состоит в многократном импульсном тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала нагревателем в виде окружности и регистрации частоты следования тепловых импульсов, подаваемых в моменты достижения заданных соотношений избыточных температур в точках размещения термодатчиков. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала размещают нагреватель в виде окружности радиуса r и два термодатчика (термопары) Тп1 и Тп2, регистрирующие соответственно температуры T1(![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-2t.gif)
где z - заданная постоянная. Расчет величин hi в соответствии с выражением (1) позволяет обеспечить постоянный период следования тепловых импульсов
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
На основании полученных данных коэффициент температуропроводности находят из соотношения:
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-3t.gif)
а коэффициент теплопроводности определяется равенством:
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-4t.gif)
где Q - количество теплоты, выделяемое единицей длины нагревателя; r - радиус окружности нагревателя; F - частота следования тепловых импульсов; N - количество подаваемых тепловых импульсов; z - заданная постоянная; Т2 - температура в точке размещения термодатчика Тп2 в момент наступления равенства T1(
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
С учетом (2) можно записать
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-5t.gif)
Если известно, что коэффициент температуропроводности исследуемого материала находится в пределах от amin до amax, то на oсновании (4) можно определить наибольший и наименьший периоды следования тепловых импульсов
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-6t.gif)
где N - число подаваемых тепловых импульсов; r - радиус окружности нагревателя; z - заданная постоянная; аmin - минимальное значение коэффициента температуропроводности исследуемого материала. Исходя из вышесказанного выбор z целесообразно производить с учетом диапазона ТФХ материалов, для которых проводятся испытания, и требований оперативности контроля. На фиг.1 показана схема размещения на поверхности исследуемого материала нагревателя в виде окружности и термодатчиков. При подаче одного теплового импульса от линейного нагревателя избыточная температура на линии нагрева определяется выражением
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-7t.gif)
а на расстоянии r от линии нагрева
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-8t.gif)
где Q - количество теплоты, выделяемое единицей длины источника тепла;
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184007/955.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-9t.gif)
а в центре окружности
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-10t.gif)
При расчете температуры с учетом конечной длительности теплового импульса используют выражение
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184954/2184954-11t.gif)
где
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184009/964.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184007/955.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
![способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов, патент № 2184954](/images/patents/286/2184008/8226.gif)
Класс G01N25/18 путем определения коэффициента теплопроводности