Способ неразрушающего контроля теплопроводности и температуропроводности материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям может быть использовано при исследовании теплопроводности Д. и те 1пературопроводности а теплонагруженных строительных конструкций и обЬвктов холодной техники.

Известен способ, согласно которому для измерения теплопроводности на плоском участке исследуемого тела pcisмецают зонд в виде пластины с точечным нагревателем на контактной поверхности. О величине теплопроводности судят по времени наступления максимальной температу1Ж1 на расстояНИИ 4 мм от нагревателя. Зонд градуируется на наборе образцовых материалов.

Недостатком известного способа является предположение о равномер- . ности начального температурного поля в Материале, поэтому он не может применяться для исследования теплонагруженных конструкций. Кроме того, способ характеризуется необходимостью градуировки устройства на наборе образцовых мер теплопроводности.

Известен также способ комплексного определения теплопроводности Д. и температуропроводности С1 материалов, основанный на закономерностях распространения тепла от линейного импульсного источника на поверхности исследуемого тела, согласно которему измеряют время наступления и амплитуду пика температурного возмущения на поверхности исследуемого тела на фиксированном расстоянии

to от нагревателя с последующим расчетом величин Л и а по известным формулам| 23 .

Однако способ не применим к исследованию материалов с градиентом температуры в направлении, перпен15дикулярном поверхности. Кроме того, предположение об адиабатизации поверхности тела, положенное в основу вывода расчетных формул, исключает возможность применения данного

20 метода к исследованию эффективных теплоизоляторов.

Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего контроля теплопроводности и температуро25проводности при наличии в них градиента (температуры в направлении, перпендикулярном поверхности, заключающийся в поддержании на круглой ш1О11{адке поверхности исследуе30мого тела постоянного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в тело через пло1цадку 33 . Однако величины теплопроводности и температуропроводности вычисляют по наблюдаемым в опыте значениям теплового потока и температуры в центре нагревателя на основании заранее составленных таблиц. Теоретическая модель метода предполагает равномерность температурных полей в исследуемом теле и эталоне и делает невозможным исследование материала с градиентом температуры в направлении, перпендикулярном повер ности. Целью изобретения является повышение точности измерения теплопроводности и температуропроводности материалов за счет учета теплового потока, поступающего из матери ала. Цель достигается тем, что соглас но .способу контроля теплопроводност материалов, заключающемуся в поддер жании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в тело через площадку, дополнительно пр водят измерение тепловой энергии через интервал времени 30-40 мин с темпера урами перегрева, отношение которых составляет 1,5-2, и по результатам обоих измерений контрол руют необходимые параметры. Сущность способа заключается в следующем, Исследуемый рассматрива ется как полуограниченный массив с постоянными теплофизическими характеристиками X и а . Начальное температурное поле Т, bZ / где ti градиент температуры в направлении, перпендикулярном поверхности (К/м) , ось Z имеет ноль на поверхности тела и направлена вглубь материала. Начиная с момента времени О, на круговой области радиуса Г на поверхности тела i О скачком поднимается и поддерживается постоянная температура Tj,;. При этом, если теплообменом с части поверхности материала Z-O,гУГо можно пренебреч по сравнению с энергией, поступающе в материал черей контактное пятно Г Го .то энергия может быть найд на по известной формуле. Зависимость поправки на температу ный градиент вдоль оси Z от вели чины перегрева Т, позволяет исключи ее влияние на результат измерения теплопроводности А- . Действительно , проводя опыты при двух значениях перегрева Т«, , получим соответ,ственно два значения VCOJ Vo)-X-xf-f: ,С01--Л- - JjT, Исключив Ь из системы С1 и (2 получим расчетную формулу метода т PVI /лх / п --(о} t.r-Y-CV,(OWa{0). KI Ki Наклон прямой(1) определяется комплексом ./уа и, следовательно, позволя.ет рассчитать величину темпераЬуропроводности О л о,- 4-Го Л ° 1C v где i)i-dv/dZ. Выбор температур перегрева Т|(; и Т может быть сделан на основании следующих соображений. Предположение о постоянстве коэффициентов переноса Х- и CJ , как показывает опыт, ограничивает величину перегрева в пределах 10-15 К, Из (3 видно, что точность учета поправки на градиент температуры тем вьние, чем больше разность TK - Т|. С другой стороны, так как величина Т,;ограничена, то увеличение разности Т, Т| может быть достигнуто лишь за счет снижения величины перегрева Т, Однако такое снижение приводит к снижению точности измерения величин Т| и V,,(0), Опыты показывают, что оптимальным является отношение f.,/1 1,5+2, Возможность учета температурного градиента при Т.. О можно получить из соотношения /Qz-Ur.b-C. . . И) Знак минус в формуле(4)показывает , что энергия поступает через контактную площадку от тела в термозонд, поддержающий требуемые граничные условия на поверхности. Сопоставление соотношений (1) и (4) позволяет получить расчетные формулы дпя искомых характеристик Д: и а , Однако практическое осуществление такого режима нецелесообразно, так как приведение, измерительного зонда в состояние с Tj;, О, т,е, в состояние с температурой, равной начальной температуре материала, требует создания громоздкой системы регулирования температуры и приводит к существенному возрастанию времени опыта. Формула изобретения Способ неразрушающего контроля теплопроводности и температуропроводности материалов. заключающийся в поддержании на круглой площадке поверхиости исследуемого тела постоян ного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в тело через площадку, о т л ичающи.йся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет учета теплового потока, поступающего из материала, дополнительно проводят измерение тепловой энергии через интервал времени 30-40 мин с температурами перегрева, отношение которых составляет 1,5-2 и по резул татам обоих измерений контролируют обходимые параметры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Рыбаков В.И., Матвеев Ю.А. и др. Прибор с точечным нагревателем для определения коэффициентов теплопроводности изотропных материалов. Научные труда НИИМОССТРОЯ. Вып.6, М. , 1969. 2.Фомин С.Л., Петров О.А. и др. Расчет конструкций подземных сооружений. Сборник, Киев, Будивельник, 1976, с. 66-71, 3.Серых Г.М., Гергесов Б.А. Изв.ВЫСШ.учеб.заведений. Пищевая технология, 1976, 2, с.162-163 (прототип) .