СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК G01N25/18 

Описание патента на изобретение RU2149387C1

Предлагаемое изобретение относиться к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям. Известен способ определения коэффициента температуропроводности полуограниченного тела в виде стержня, основанный на регистрации интервала времени с момента подачи теплового импульса до момента, соответствующего достижению наперед заданного соотношения между температурами двух разноотстоящих от нагреваемой поверхности точек (Авторское свидетельство N 258665 МКИ G 01 N 25/18, 1970 г.).

Недостатком данного способа является высокое энергопотребление источником и низкая помехозащищенность процесса определения температуропроводности.

Значительно повысить точность определения теплофизических характеристик (ТФХ) позволяют способы с многократным тепловым воздействием на исследуемый материал.

В известном техническом решении, наиболее близком к предлагаемому (Авторское свидетельство N 1728755 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1992 г.) на теплоизолированной поверхности исследуемого материала устанавливают линейный источник тепла, осуществляют многократное тепловое воздействие на исследуемый материал и измеряют температуру на линии действия источника тепла и на заданном расстоянии от этой линии. При этом импульсное тепловое воздействие производят в моменты времени, когда соотношение измеряемых избыточных температур соответствует заданному ряду чисел. Коэффициенты тепло- и температуропроводности определяют по формулам
a = x2/4F, (1)
(2)
где λ и a - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности; x - заданное расстояние от линии действия источника тепла до термодатчика; e - натуральное число; Q - энергия, выделяемая единицей длины линейного нагревателя; F - частота следования импульсов; T1 - избыточная температура в момент подачи второго теплового импульса на расстоянии x от источника тепла.

Период следования импульсов τmax = 1/F, определяется выражением
(3)
Недостатком этого способа является высокое энергопотребление источником тепла, низкая помехозащищенность, а также недостаточное быстродействие.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергопотребления источником тепла, повышение оперативности и помехозащищенности процесса определения ТФХ материалов.

Сущность изобретения заключается в следующем: на теплоизолированную поверхность исследуемого материала помещают точечный источник тепла и два термодатчика (термопары), регистрирующие температуры T1 и T2, которые располагают соответственно на расстоянии R и αR от источника, где α - заданный коэффициент (α > 1).
В момент начала измерений (τ = 0) источник импульсно выделяет количество тепла Q. После подачи теплового импульса измеряют интегральные во времени значения температур T1 и T2 - I1 и I2 соответственно и регистрируют момент времени τ0, соответствующий равенству величины отношения I1/I2 заданному значению h1. В момент времени τ = τ0 подают второй тепловой импульс и регистрируют время достижения отношением I1/I2 заданного значения h2. Величины hi (i = 1,2,3,...) подобраны таким образом, что равенство I1/I2 = h2 после подачи второго импульса будет выполняться в момент времени 2τ0, равенство I1/I2 = h3 после подачи третьего импульса в момент времени τ = 2τ0 будет выполняться через время 3τ0 и так далее.

Интервал времени τ0, соответствующий периоду повторения импульсов, определяется выражением
(4)
откуда можно найти коэффициент температуропроводности
(5)
где F = 1/τ0 - частота следования импульсов.

Коэффициент теплопроводности определяют по формуле
(6)
где Inτ0 - интегральное значение температуры Т1 в момент времени nτ0,
n - число осуществляемых тепловых воздействий,
интеграл вероятности.

Значения hi (i = 1,2,3,...) обеспечивают постоянство периода τ0 следования импульсов и могут быть найдены по формуле
(7)
Из сравнения выражений (3) и (4) видно, что при равенстве расстояний R и x период повторения импульсов в предлагаемом способе в 2 раза меньше чем в способе-прототипе. Таким образом, за счет меньшего периода повторения импульсов предлагаемый способ обеспечивает большую оперативность, а за счет того, что температуры T1 и T2 интегрируются, - значительно снижается влияние помех на результат измерения.

На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа. На теплоизолированную поверхность исследуемого материала 1 помещают точечный источник тепла 2 энергии Q и две термопары 3, регистрирующие температуры T1 и T2, расположенные соответственно на расстоянии R и αR от источника. Осуществляют многократное импульсное тепловое воздействие на поверхность материала, причем каждый последующий тепловой импульс подают в момент достижения отношением интегральных во времени значений температур T1 и Т2 заданного значения, после чего фиксируют частоту следования импульсов и интегральное значение температуры T1. На основе полученных данных коэффициенты температуро- и теплопроводности рассчитывают по формулам (5) и (6) соответственно.

На персональной ЭВМ IBM 486/DX-4 было проведено машинное моделирование процесса измерения теплофизических характеристик предлагаемым способом для восьми (n = 8) импульсов при R = 0,002 м, α = 1.2 и Q = 0.1 Дж. В качестве исследуемого был взят материал с коэффициентом теплопроводности λ = 1.2 Bт/м•K и коэффициентом температуропроводности a = 1.0 • 10-6 м2/с. В процессе моделирования были получены величины времени τ0 = 0.5 c и интегрального значения температуры 18τ0 = 16.42, по формулам (5) и (6) найдены соответствующие коэффициенты:
- коэффициент температуропроводности а = 1.0 • 10-6 м2/с;
- коэффициент теплопроводности λ = 1.2 Bт/м•K.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить оперативность и помехозащищенность измерений, а также значительно снизить энергопотребление источником тепла.

Похожие патенты RU2149387C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Клебанов М.Г.
  • Фесенко А.И.
RU2149386C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Клебанов М.Г.
  • Фесенко А.И.
RU2149388C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 2000
  • Клебанов М.Г.
  • Обухов В.В.
  • Фесенко Т.А.
RU2192000C2
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Ищук И.Н.
  • Фесенко А.И.
RU2149389C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Ищук И.Н.
  • Фесенко А.И.
RU2150695C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1996
  • Ищук И.Н.
  • Фесенко А.И.
RU2150694C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Клебанов М.Г.
  • Фесенко А.И.
RU2179718C2
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Ищук И.Н.
  • Фесенко А.И.
RU2179717C2
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 2000
  • Клебанов М.Г.
  • Обухов В.В.
  • Фесенко Т.А.
RU2184954C2
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Клебанов М.Г.
  • Фесенко А.И.
RU2181199C2

Реферат патента 2000 года СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов. На исследуемый материал осуществляют многократное импульсное воздействие точечным источником тепла заданной мощности и измеряют отношение интегральных во времени значений температур в двух заданных точках его поверхности, причем каждый последующий тепловой импульс осуществляют в момент достижения отношением интегральных значений температур заданной величины. После чего фиксируют частоту следования температур и интегральное значение температуры в одной из точек. Расчет теплофизических характеристик (коэффициентов тепло- и температуропроводности) осуществляется по формулам, приведенным в описании. Достигнуто снижение энергопотребления источником тепла, повышение оперативности и помехозащищенности процесса определения ТФХ материалов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 149 387 C1

Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, включающий многократное тепловое воздействие на исследуемый материал, интегрирование во времени температуры в двух заданных точках его поверхности, отличающийся тем, что используется точечный источник тепла, а рабочие концы двух термопар, регистрирующих температуры T1 и T2, помещают соответственно на расстояниях R и αR от источника тепла и каждое последующее тепловое воздействие осуществляют в момент достижения отношением интегральных во времени значений температур T1 и T2 заданной величины, после чего фиксируют частоту следования импульсов и интегральное значение температуры T1 и рассчитывают коэффициенты температуро- и теплопроводности по формулам
a = R2/8F,

где λ и a - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности;
Q - энергия, выделяемая точечным источником тепла;
R - заданное расстояние;
интегральное значение температуры T1 в момент времени nτ0;
α - заданный коэффициент больше единицы;
n - число осуществляемых тепловых воздействий;
F - частота следования тепловых импульсов;
интеграл вероятности.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2149387C1

Способ определения теплофизических характеристик материалов 1990
  • Фесенко Александр Иванович
  • Штейнбрехер Валерий Васильевич
  • Маташков Сергей Семенович
SU1728755A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ 0
SU258665A1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ 1993
  • Муромцев Ю.Л.
  • Чернышов В.Н.
  • Сатина Е.В.
RU2084879C1
US 5005985 A, 09.04.1991
Способ получения фосфорнокислотного катионита 1982
  • Ергожин Е.Е.
  • Токмурзин Ж.Т.
  • Атшабарова Р.Б.
  • Менлигазиев Е.Ж.
SU1080435A1

RU 2 149 387 C1

Авторы

Клебанов М.Г.

Фесенко А.И.

Даты

2000-05-20Публикация

1996-10-08Подача