Способ определения теплофизических свойств материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических . свойств материалов, например, при геофизических исследованиях.

Известен способ определения теплофиаГических свойств материалов, заключающийся в том, что поверхность.тела теплофизические особенности которого требуется исследоватьт нагревают равномерно распределенным источником энергии в течение определенного интервала времени, а затем через некоторое время задержки после выключения источника энергии регистрируют температурное распределение нагретой поверхности и по температурным аномалиям судят о наличии областей, отличающихся от соседних с ними областей измененными теплопроводностью и теплоемкостью Г 1

Недостатком известного способа является необходимость строгого выдерМ(И вания временного интервала нагрева образца и временной задержки между моментом окончания нагрева и регистрацией температурного распределения нагретой поверхности, что приводит к усложнению способа и снижению его эффективности. .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения теплофизических свойств материалов, включающий нагрев последовательно установленных образцов и эталона подвижным точечным источником энергии и регистрацию избыточной предельной температуры поверхности образцов и эталона вдоль линии движения источника энергии измерителем температуры, перемещаемым относительно образцов и эталона с одинаковой с источником энергии скоростью с фиксированной задержкой относительно источника энергии С2 3

Недостатками известного способа являются относительно высокая погрешность определения теплопроводности и невозможность из одного опыта определить несколько теплофизических параметров.

Цель изобретения - уменьшение погрешности определения теплофизически свойств и расширение функциональных возможностей способа.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов, включающему нагрев последовательно установленных образцов и эталона подву|жным точечным источником энергии и ре гистрацию избыточной предельной температуры .поверхности образцов и эталона вдоль линии движения источника энергии измерителем температуры, перемещаемым относительно образцов и эталона с одинаковой с источником энергии скоростью с фиксированной задержкой относительно источника энергии дополнительно устанавливают последовательно с образцами и эталоном второй эталон, после измерения на |Части поверхности каждого из образцов и эталонов избыточной предельной температуры по линии движения источника энергии перестраивают измеритель температуры, смещая область измерения температуры на поверхности образцов и эталонов от линии движения источника энергии, на остальной части поверхности образцов и эталонов регистрируют измерителем температуры избыточную предельную температуру поверхности образцов и эталонов по линии, параллельно линии движения источника энергии, после чего по соответствующим формулам определяют искомые величину.

На чертеже приведена схема расположения точечного источника энергии и измерителя температуры относительно эталонов и образцов в процессе измерения.

На чертеже показаны эталоны 1 и 2 и исследуемые образцы 3, над которыми размещены точечный источник i энергии и измеритель 5 температуры. Перемещение источника t энергии относительно эталонов 1 и 2 и образцов 3 осуществляется по оси X. Перемещение точки, в которой измеряется температура поверхности эталонов 1 и 2 и образцов .3 измерителем температуры, по поверхности эталонов 1 и 2 и образцов 3 осуществляется по прямой А.

Способ осуществляется, следующим образом.

Начинают перемещать с постоянной скоростью вдоль поверхностей эталонов 1 и 2 и образцов 3 точечный источник энергии и измеритель 5 температуры так, чтобы измерение избыточной предельной температуры нагреваемых поверхностей осуществлялось на части поверхности каждого из эталонов 1 и 2 и образцов 3 по линии перемещения точечного источника j энергии с фиксифюванной задержкой 1 X I точки измерения температуры измерителем 5 температуры относительно точечного источника k энергии. Для того, чтобы процесс нагрева эталонов 1 и 2 и образцов 3 можно было рассматривать как процесс нагрева точечным источником полубесконечных тел, толщины эталонов 1 и 2 и образцов 3 должны быть не меньше задержки 1X1.. Известно, что при нагреве поверхности полубесконечного тела подвижным точечным источником энергии избыточная предельная .температура поверхнос-,15 ти этого тела в точке, перемещающейся вслед за источником по линии его движения со скоростью, равной скорости перемещения источника, определяется формулой; -t 25ГЛ(Х; где Т- - избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке i перемещающейся вслед за источником по линии его движения со Скоростью, равной скорости перемещения источника; мощность источника; коэффициент теплопроводное-: ти; расстояние между точкой измерения температуры тела и пятном нагрева поверхности твердого тела сосредоточенным источником энергии. Формула (1 ) справедлива как для эталонов 1 и 2 с известными коэффициентами теплопроводности т- эг2 и определенными в процессе нагрева избыточными предельными температурами Ti3ri -73T2« и для каждого из образцов 3 с неизвестным коэффициентом теплопроводности Л.,5р и определенной в процессе нагрева избыточной предельной температурой При представлении величины q/23TfXI , которая остается постоянной во время прецесса нагрева и измерений, через избыточные предельные температуры эталонов и их коэффициенты теплопроводности имеет место следующая формула, по которой определяют коэффициент теп дуе Я® ; каж цов тем .ры ной ник сит точ нос ным точ нос щаю ной .йяе где 55 опроводности каждого из исслеых образцов обр этч -1эг2 избыточные .предельные температуры соответственно исследуемого образца 3, эталона 1 и эталона 2; 65р 1эт2 коэффициенты теплопроводности соответственно исследуемого образца 3, эталона 1 и эталона 2. а остальной части поверхности ого из эталонов 1 и 2 и образ3 измерение избыточной предельной ературы измерителем 5 температусуществляют по линии, параллельлинии движения точечного источ 4 энергии и смещенной на Ч отнольно линии движения точечного исика энергии. звестно, что при нагреве поверхи полубесконечного тела подвижточечным источником энергии избыая предельная температура поверхи этого тела в точке, перемеейся вслед за источником со скоью источника по линии, параллельлинии движения источника, опредеся формулой 1 Г 2 2й 1 22ЛЛК Т- - избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке, перемещающейся за источником по линии, параллельноч линии движения источника, со скоростью, равной скорости перемещения источника энергии; q - мощность источника; А - коэффициент теплопроводности тела; R - расстояние от точки измерения температуры твердого тела до пятна нагрева поверхности твердого тела сосредоточенным источником энергии; R 1( Х2 + у2 у - смещение точки измерения температуры поверхности эталонов и образцов от линии движения источника энергии;

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включаю щий нагрев последовательно установленных образцов и эталона подвижным точечным источником энергии и регист рацию избыточной предельной темпераТуры поверхности образцов и эталона вдоль линии движения источника энергии измерителем температуры, перемещаемым относительно образцов и этало на с одинаковой с источником энергии скоростью с фиксированной задержкой относительно источника энергии, от личающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплофизических свойств и расширения функциональных возможностей способа, дополнительно устанавливают последовательно с образцами и эталоном второй эталон, после измерения на части поверхности каждого из образцов и эталонов избыточной предельной температуры по линии движения и|;точника энергии перестраивают измеритель температуры, смещая область измерения температуры на поверхности образцов и эталонов от линии движения источника энергии, на остальной части поверхности образцов и эталонов регистрируют измерителем температуры избыточную предельную температуру поверхности образцов и эталонов по линии, параллельной линии движения источника энергии, после чего по соответствующим формулам определяют ис1К9Мые величины.