СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01N25/18 

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)

Изобретение относится к технической физике. В способе бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов перемещают два термоприемника и источник энергии (измерительную головку) над исследуемым образцом без воздействия на него источника энергии, измеряют первым термоприемником температуру на поверхности исследуемого образца и синхронно с этим электрическим термометром измеряют температуру окружающей среды, после чего 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 воздействуют на исследуемый образец тепловыми импульсами от точечного подвижного источника энергии, осуществляя с помощью оптического затвора частотно-импульсную модуляцию лазерного луча. Устройство бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов содержит точечный подвижный источник тепловой энергии и термоприемник, сфокусированные на поверхность тела, вычитающее устройство, усилитель мощности, реверсивный двигатель, микропроцессор, механизм перемещения источника энергии и термоприемника относительно исследуемого образца. Дополнительно содержит второй термоприемник, жестко связанный с первым термоприемником и источником энергии (лазером), электрический термометр, усилитель, три аналого-цифровых преобразователя, цифроаналоговый преобразователь, управляемый делитель частоты, оптический затвор, генератор тактовых импульсов и индикатор. Технический результат - повышение точности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов, заключающийся в том, что воздействуют на поверхность исследуемого тела точечным подвижным источником тепла определенной мощности, измеряют двумя термоприемниками избыточные температуры нагреваемой поверхности в точках поверхности тела, движущихся со скоростью источника по линии его движения и по параллельной ей линии, изменяют мощность источника тепла на определенную величину и производят аналогичные измерительные процедуры, полученные данные используют при определении искомых величин, отличающийся тем, что перемещают два термоприемника и источник энергии над исследуемым образцом без воздействия на него источника энергии, измеряют первым термоприемником температуру на поверхности исследуемого образца и синхронно с этим электрическим термометром измеряют температуру окружающей среды, после чего по полученным результатам определяют коэффициент, учитывающий значения степени черноты поверхности исследуемого образца и прозрачности окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и источник энергии с термоприемниками, далее воздействуют на исследуемый образец тепловыми импульсами от точечного подвижного источника энергии, осуществляя с помощью оптического затвора частотно-импульсную модуляцию лазерного луча, и увеличивают частоту подачи тепловых импульсов до тех пор, пока измеряемая первым термоприемником избыточная температура не станет равной первому заданному значению, измеряют полученное значение частоты следования тепловых импульсов и избыточную температуру, контролируемую вторым термоприемником, затем увеличивают частоту нанесения тепловых импульсов до тех пор, пока измеряемая первым термоприемником избыточная температура не станет равной второму заданному значению, величина которой в два раза выше первого, измеряют полученное значение частоты следования тепловых импульсов, а искомые теплофизические характеристики определяют из следующих соотношений:


где α и λ - коэффициенты соответственно температуропроводности и теплопроводности исследуемого объекта, м²/с и Вт/м²К;
V - скорость движения источника и термоприемников относительно исследуемого объекта, м/с;
R₁, R₂ - заданные расстояния между центром пятна нагрева и точками контроля температуры, м;
х₂ - расстояние между центром пятна нагрева и проекцией точки R₂ на линию движения источника тепла, м;
Т_зад - первое заданное значение избыточной температуры, K;
Т(R₂) - найденное значение избыточной температуры в точке R₂, K;
k - коэффициент, учитывающий значения степени черноты ε поверхности исследуемого образца и прозрачности β окружающей среды, разделяющей поверхность исследуемого образца и источник энергии с термоприемниками;
F₁, F₂ - найденные значения частоты следования тепловых импульсов от источника тепла, Гц;
τ_имп - длительность одного теплового импульса, c;
q_ит - мощность источника тепла, B_т. 2. Устройство бесконтактного измерения теплофизических свойств материалов, содержащее точечный подвижный источник тепловой энергии и термоприемник, сфокусированные на поверхность тела, вычитающее устройство, усилитель мощности, реверсивный двигатель, микропроцессор, механизм перемещения источника энергии и термоприемника относительно исследуемого образца, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй термоприемник, жестко связанный с первым термоприемником и источником энергии, сфокусированный на линию, параллельную линии движения источника энергии, и установленный от него на расстоянии, при котором с использованием экранирования исключается фоновая засветка термоприемника от источника энергии, электрический термометр, усилитель, три аналого-цифровых преобразователя, цифроаналоговый преобразователь, управляемый делитель частоты, блок управления оптическим затвором, оптический затвор, генератор тактовых импульсов, клавиатуру, индикатор, блок управления приводом, блок питания источника энергии, причем выходы термоприемников подключены к входам соответствующих усилителей, выход первого усилителя соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого, в свою очередь, подключен к первому входу микропроцессора, выход второго усилителя соединен с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с первым выходом микропроцессора, выход вычитающего устройства подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом микропроцессора, второй выход микропроцессора подключен к первому входу управляемого делителя частоты, выход которого соединен со входом блока управления оптическим затвором, выход которого, в свою очередь, подключен к оптическому затвору, второй вход управляемого делителя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, подключенного также к микропроцессору, остальные выходы микропроцессора соединены с входами клавиатуры, индикатора, блока управления приводом и с управляющим входом блока питания, выход которого соединен с источником энергии, а выход блока управления приводом подключен к реверсивному двигателю, вал которого соединен с механизмом перемещения источника энергии и термоприемников относительно исследуемого изделия, третий вход микропроцессора подключен к выходу третьего аналого-цифрового преобразователя, вход которого, в свою очередь, соединен с выходом электрического термометра.