Способ тепловой дефектоскопии изделий Советский патент 1983 года по МПК G01N25/72 

00

00

00

СП Изобретение относится к- технике контроля теплофизичееких свойств материалов и быть использовано при проведении дефектоскопии крупноразмерных изделий посредством определения совокупн ости локальных коэффициентов температуропроводности, распределенных по .глади изделия, и преимущественно предназначено для оценки теплозащитных свойств плоских крупноразмерных бетонных и железобетонных строительных изделий при их охлаждении (нагреве ) в окружающей воздушной среде. Известен способ определения коэффициента теплопроводности в крупноразмерных изделиях,, согласно которому пропускают тепловой поток постоянной мощности от блока нагрева к исследуемому объекту, регистрируют начальную температуру блока нагрева и температуру, установившуюся через заданное время, и по разности температур определяют искомый коэффициент теплопроводности 1. Недостатком известного спосрба является возможность определения коэффициента теплопроводности лишь в отдельных, локальных участках изделия. Указанные недостатки обусловлены тем, что применение способа возможно лишь на изделиях, находящихся в равновесном тепловом состоя нии. Повторные измерения локального коэффициента на других участках изделия обеспечиваются при сглаживании теплового возбуждения, обусловленного предьщущим измерением кроме того, учитывая, что способ является косвенным, необходима пред варительная тарировка на эталонных образцах. При этом должен быть обеспечен идеальный тепловой контак блока нагрева с поверхностью этгшо ных образцов и контролируемого изделия. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ теп ловой дефектоскопии изделий, включ щий его охлаждение при известной постоянной температуре среды и регистрацию температуры С2. Недостатками известного способа являются сложность эксперимента по определению совокупности локальны коэффициентов -гемпературопроводнос ти, необходимость нарушения целост ности материала контролируемого из делия для ввода измерителей температуры, малая точность неразрушающ го контроля. Цель изобретения повышение точности неразрушающего контроля и сн жения трудоемкости измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу тепловой дефектоскопии изделий, включающему его охлаждение при известной постоянной температуре и регистрацию температуры, охлаждают изделие в окружакицей воздушной среде, термографируют поверхность изделия, определяют дефектные участки поверхности, измеряют их температуру в два момента времени с интервалом между ними, лежащем в области постоянства теплофизических характеристик материала, измерительной способности и коэффициента теплоотдачи от температуры. Крупноразмерное изделие, находящееся в изотермическом состоянии с температурой tg, помещают в окружающую среду с известной постоянной температурой t большей или меньшей чем t(,. Интервал температур (to--l } выбирают таковым, чтобы при достижении регулярного режима теплообмена между изделием и окружгдощей воздушной средни фоновое излучение было принебрежительно мало При регулярном режиме (критерий Фурье FO/0,2 с точностью 1,5% ) проводят термографирование поверхности изделия в два момента -времени f-, и 2 , отсчитываемые от начала теплообмена, с интервалом между ними, лежащим в области постоянства теплофизических кеяффициентов от изменяющейся температуры. Величина температурного интервала, при которой теплофизические коэффициенты могут быть приняты постоянными, и возможная погрешность такого приближения оцениваются по справочным данным. По зафиксированным в два момента времени распределениям температуры и отношению времени их термографирования искомые локальные коэффициенты температуропроводности определяются из аналитических соотношений. Полученная таким образом совокупность локальных коэффициентов температуропроводности , распределенных по глади изделия, позволяет качественно судить о наличии и оценивать чи.сленно тепловые неоднородности имеющиеся в толще изделия, т.е. проводить его тепловую дефектоскопию. В качестве примера расчетной схемы рассмотрим определение локального коэффициента температуропроводрости в изделии, математической моделью которого может быть принята неограниченная пластина толщиной 2(3. Величина относительной избыточной температуры в точке контроля на поверхности пластины, в случае ее симметричного охлаждения при конечных и неопределенных граничных условиях третьего рода, для регулярного режима в моменты времени f и Т2 может быть выражена следующими соотношениями:

(в))ехр(-п2р;) HJ

(BiJexp(h2Fj), (2)

9..

где

tg-tc t.-t.

о -С.

относительная избыточная температура в точке контроля на поверхности , пластины в моменты времени t и t и 2 абсолютные значения температур в моменты времени,

(,,

n +2sinn cosn.,

амплитуда температурного поля в точке контроля на поверхности пластины в момент времени г 0 для регуляризованного процесса теплообмена, и:, - первый корень характеристического уравнения

(, (4)

I

- критерий Био,F c( критерий Фурье; (5) ti - коэффициент теплоотдачи Л - коэффициент теплопроводности;

« - искомый коэффициент температуропроводности. Логарифмируя выражения (1) и (2 ) и решая их совместно относительно P(Bi), получаем амплитуду температурного поля регуляризованного процесса теплообмена в точке контроля на поверхности пластины в момент времени t Q .

Р{8)ехр(кепв -еп9)/(1с-1), (6)

где К F/ F Т/ iXj- постоянная

величина для выбранных моментов термографированияповерхности.

Вычислив численное значение P(Bi) аналитически по соотношению (З ) или же по предварительно построенному графику зависимости (3 ) для точки контрод я определяют значение первого корня характеристического уравнения (41 и величину критерия Био. Далее, зная 0(в)и применяя линеаризованную номограмму Гейслера (диаграмма для определения относитель- ной избыточной температуры в по известным значениям критериев Fq и 8i построенную для поверхности пластины из предположения регулярности режима всего процесса теплообмена, или соотношение (1)(2) определяют критерий Fo(Fp) и по соотношению (5 ) - искомый коэффициент

температуропроводности. Приведенную расчетную схему можно выразить в -виде окончательной формулы

п. -4(gne -en9)R

)

При этом погрешность, вносимая при аналитическом представлении амплитуды температурного поля в момент времени t . О, исходя из регулярности всего процесса теплообмена, исключается при измерениях, проводимых в регулярном режиме, и при использовании для определения критерия Фурье линеаризованной номограммы Гейслера.

- Соотношением (б) определяют амплитуду -температурного поля в точке контроля в момент времени t о

для тел любой геометрической формы при условии одномерности их температурного поля, что позволяет использовать предлагаемый способ для определения локального коэффициента

температуропроводности бЬлее широкого класса твердых тел.

Предлагаемая расчетная схема определения локального коэффициента температуропроводности применяется

и для определения совокупности локальных коэффициентов. При этом значения температур в расчетных точках в моменты времени t и tj определяются по термограммам поверхности

изделия. Результаты практического использования предлагаемого способа показаны на примере контроля строительной однослойной,керамзитобетонной стеновой панели, имеющей размеры 6000 4000 3000 мм. Неравномер

ность распределения плотности бетона по.глади изделия, образующаяся при ее формовании, неоднородность бетон ной смеси, обусловленная недостаточно качественным ее перемешиванием

при приготовлении и др. обусловливают различные значения коэффициента температуропроводности по участкам изделия. Определение совокупности локальных коэффиц ентов температуропроводности достигается, при еледующих условиях. Нагрев и изотерми ческую выдержку обеспечивают в камере тепловой обработки, величина изотермической температуры составлят . Охлаждение проводят в воздушной среде большого объема с постоянной температурой 21, при симметрии граничных условий третьего рода относительно средней плоскости.

Выход на регулярный режим охлаждения происходит через 3 ч. При этом температура в точке контроля, характеризукяцал один из участков изделия, составляет 50,. Термографирование температурного поля про.водят тепловизионной системой АГА-780, снабженной блоками аналоговой обработки сигнала и магнитозаписи термографируемого изображения. Разрешающая способность системы по температурному полю - 0,1°С. Температуру в точке контроля определяют по термограммам, фиксируемым через 4 и б ч после начала охлаж дения, и ее величина для рассматрива емой точки составляет 48, и45,1с В этом температурном диапазоне значение локального коэффициента температуропроводности принимается постоянным, так как при изменении температуры на 5 С теплофизические коэффициенты практически не изменяются. Затем определяют амплитуду температурного поля из условия регулярности всего резкима теплообмена (8t в момент времени и по амплитуде Р(вц - критерий Био, далее при помощи линеаризованной номограммы Гейслера по критерию Био и измеренным температурги - критерий Фурье и по полученному критерию Фурье - искомый коэффициент температуропроводности P(0i-il 0,449, ,01 ,21, F 0,32, а 21-0-10 мЛч. Аналогичным образом определяются численные значения коэффициентов температуропроводности и в других точках изделия. Температурный контраст между изделием и окружающей воздушной средой может быть также легко обеспечен за счет контраста температур наруж ного и внутреннего воздуха как в зимних, так и в летних условиях.

аЮСОБ ТЕПЛОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ, включающий его охлаждение при известной постоянной температуре cpejtQj и регистрацию температу1 л, отличающийся тем что, с целью повышения точности неразрушаюцего контроля и снижения трудоемкости измерений охлаждают изделие в окружающей воздушной среде, термографируют поверхность изделия, определяют дефектные участки поверхности, измеряют их температуру в два момента времени с интервалом меясцу ними, лежащем в области постоянства теплоФизических характеристик материала, g йзлучательной способности и коэффициента теплоотдачи от темпера(Л туры.