СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОИНДИКАТОРНЫХ КРАСОК Российский патент 2005 года по МПК G01K15/00 G01N25/00 

Изобретение относится к области измерения температуры с помощью термоиндикаторных красок, которые дают возможность определить максимальную температуру поверхности детали, установить места перегрева и наибольших напряжений из-за градиента температуры, измерить температуру в труднодоступных местах, на вращающихся деталях без привлечения сложной аппаратуры. Термоиндикаторные краски могут быть использованы при термометрировании узлов двигателя: валов турбин, замков рабочих лопаток, сопловых и рабочих лопаток, лабиринтных уплотнений, корпусов турбин, дисков турбины, камер сгорания.

Известен способ исследования термоиндикаторной краски на трубчатой печи (см. Б.Г.Абрамович и др. Термоиндикаторы и их применение. М.: Энергия, 1972 г., с.50). Термоиндикаторную краску наносят на металлический образец достаточной длины для установки его до центра печи. Нагревают печь до необходимой температуры, выдерживают определенное время при этой температуре (время выдержки зависит от свойств термоиндикаторной краски) и выключают. После охлаждения образец вынимают из печи. На нем определяют местонахождение температурного перехода (расстояние до температурного перехода отсчитывают от торца образца, находящегося в середине печи) термоиндикаторной краски и для данной температуры по заранее измеренному температурному полю печи, определяют температуру цветового перехода термоиндикаторной краски методом графического построения. Процесс нагрева трубчатой градиентной печи до 1000°С составляет ˜ 90 минут.

Изучение зависимости температурных переходов термоиндикаторной краски от времени теплового воздействия (температурно-временная характеристика термоиндикаторных красок), т.е. t_кр=f(τ) в интервале 1 мин≤τ_q≤300 мин показало, что при 1 мин≤τ_q≤90 мин для большинства термоиндикаторных красок критическая температура зависит от времени теплового воздействия, причем d t_кр/d τ_q<0. Особенно сильно эта зависимость проявляется при малом времени теплового воздействия. При τ_q>90 мин для большинства термоиндикаторных красок критическая температура не зависит от времени нагревания, т.е. d t_кр/d τ_q=0.

Однако область применения трубчатых градиентных печей для исследования термоиндикаторных красок весьма узко из-за большой инерционности процесса нагрева, а полное исследование температурно-временных характеристик термоиндикаторных красок практически невозможно из-за большой продолжительности процесса нагрева.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения коэффициента теплопроводности термопокрытий (Б.Г.Абрамович и др. Цветовые термоиндикаторы температуры. М.: Энергия, 1978, с.55-56). Способ заключается в нагревании электрическим током образца заданного переменного сечения, на который наносится термокраска, с охлаждаемыми токоподводами, температура контролируется термопарами.

Так как в способе получают равномерное поле температуры по образцу, то определение временных характеристик красок становится невозможным из-за отсутствия градиента температуры.

Задачей данного изобретения является создание возможности определения температурных временных характеристик термоиндикаторных красок за счет измерения опытным путем распределения температуры по образцу в любой момент времени при заданной температуре.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения температурных временных характеристик термоиндикаторных красок, заключающемся в неравномерном нагревании электрическим током металлического образца заданного сечения, на который нанесена краска, и определении расстояний до мест изменения цвета краски с последующим определением по графику температур цветового перехода, образец изготавливают симметричного сечения, нагрев образца производят до выбранной температуры с одновременным охлаждением токоподводов, а перед определением расстояний до мест изменения цвета краски выдерживают образец заданное время и снимают поле температуры образца.

На фиг.1 схематично изображено устройство для определения температурных временных характеристик термоиндикаторных красок.

Предлагаемый способ определения температурных временных характеристик термоиндикаторных красок заключается в следующем:

1) Наносят термоиндикаторную краску на препарированный термопарами металлический образец заданного симметричного сечения.

2) Нагревают данный образец электрическим током до выбранной температуры (в зависимости от типа термоиндикаторной краски, на 20°С выше критической температуры, режим контролируется по термопаре, расположенной в середине образца). Одновременно охлаждают токоподводы, например, холодной водой.

3) Выдерживают образец заданное время.

4) Снимают распределение поля температуры по длине образца (опытным путем замеряют температуру в местах препарирования термопар по длине образца).

5) Определяют расстояние от условно выбранной точки "О" на образце до точек препарирования термопар и линии перехода цвета термоиндикаторной краски.

6) Строят график распределения температуры по длине образца и определяют по нему температуру цветового перехода.

Предлагаемое устройство для определения температурных временных характеристик термоиндикаторных красок состоит из нагревательной системы 1, измерительной системы 2, системы управления работой устройства 3 и системы водяного охлаждения токоподводов 4.

Нагревательная система 1 состоит из трансформатора и охлаждаемых токоподводов. Измерительная система 2 состоит из термопар, термопарного переключателя и цифрового вольтметра. Система управления 3 состоит из двух автотрансформаторов и амперметра. Система охлаждения 4 состоит из резервуара с водой, насоса, системы контроля давления и водоохлаждаемых токоподводов.

Принцип действия устройства заключается в обеспечении плавного нагрева образца с нанесенной на его поверхность термоиндикаторной краской в диапазоне температур (38...1350)°С, выдержкой необходимого времени при заданной температуре.

Рассмотрим пример определения временных температурных характеристик термоиндикаторной краски ТИ-905.

1) Наносят краску на металлический образец заданного сечения, например 96×24×1, препарированный семью термопарами.

2) Закрепляют образец на токоподводах.

3) Подключают термопары к измерительной системе 2.

4) Подают через систему 4 охлаждающую воду.

5) Подают на металлический образец электрический ток. Процесс нагрева контролируется по центральной термопаре (расположенной в центре образца) и останавливается при достижении температуры, необходимой для образования цветового перехода краски, выраженной в мВ.

6) Выдерживают необходимое время (время стабилизации краски). Для данной краски это время составляет 15 мин.

7) Снимают показания термопар.

№ термопары1234567Показания, мВ25,4032,3236,6037,3236,532,0325,01

8) Отключают нагрев пластины.

9) После охлаждения образца производят измерение расстояний от точки "0" до места приварки термопар и расстояний до мест изменения цвета термокраски.

№ термопары1234567Расстояние, мм061626364652

Положение цветового перехода - 14 и 37,5 мм.

10) Строят график распределения температуры по длине образца

Показания термопар:Координата061626364652Т (мВ)25,432,3236,637,3236,532,0325,01

Температуры переходов:Координата1437,5Т(мВ)36,2336,21Т Гград.)905905

Данный способ позволяет исследовать как уже известные термоиндикаторные краски на применимость их на различных металлах, так и проводить исследование новых разрабатываемых красок с возможной последующей метрологической аттестацией как средства измерения полей температуры с точностью ±6°С на изотерме в диапазоне (38...1350)°С.

Изобретение относится к области измерения температуры с помощью термоиндикаторных красок и может найти применение, в частности, при термометрировании узлов двигателя. Сущность: наносят термоиндикаторную краску на препарированный термопарами металлический образец симметричного сечения. Неравномерно нагревают данный образец электрическим током до выбранной температуры. Одновременно охлаждают токоподводы. Выдерживают образец заданное время. Снимают поле температуры образца. Определяют расстояния от условно выбранной точки на образце до точек препарирования термопар и линии перехода цвета индикаторной краски. Строят график распределения температуры по длине образца. Определяют по этому графику температуры цветового перехода. Технический результат: расширение возможностей, повышение оперативности. 1 ил.

Способ определения температурных временных характеристик термоиндикаторных красок, заключающийся в неравномерном нагревании электрическим током металлического образца симметричного сечения, препарированного термопарами, на который нанесена термоиндикаторная краска, нагрев образца производят до выбранной температуры с одновременным охлаждением токопроводов, отличающийся тем, что выдерживают образец при заданной температуре до заданного времени, снимают поле температуры образца, определяют расстояния от условно выбранной точки на образце до точек препарирования термопар и линии перехода цвета термоиндикаторной краски, строят график распределения температуры по длине образца, по которому определяют температуры цветового перехода.