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 характеристик материалов. Известен способ о1 ределения тепло физических характеристик материалов, заключанзщийся в импульсном тепЛовом воздействии на исследуемый неограниченный в тепловом отношении образец линейним источником тепла, расположенным внутри образца, измерении максимальной избыточной температуры в точке, находяцейся на некотором расстоя1чии от линейного источника, регистрации момента времени, соответ ствующего достижению максимума избыточной температуры в этой точке, и вычислении по полученным данным тепл проводност.и и температуропроводности CiJ. Недостатками способа являются высокая погрешность определения теплофизических свойоргв мат риалов ,связан ная с невозможностью обеспечить и проконтролировать надежный тепловой контакт между источникам и образцом и трудностью обеспечения и поддержания постоянства линейной плотности энергии источника по линии теплового воздействия, -нарушение целостности образца при размещении в нем источника теплового воздействия и датчика температурыи, как следствие указанных недостатков, низкая производительность способа. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения теплофизических свойств материала/ включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении .образца по прямой линии на его поверх- ности, регистрацию временного интер вала, соответствующего заданному соотношению температур в. двух точка на той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на повер ности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия и мощности теплового вбздействия и определение по полученным данным теплопроводности и температуропровод ности материала t2j. Недостатками известного способа являются высокая погрешность определения теплофизических свойств материалов, связанная с трудностью обеспечения постоянной, линейной плотности .энергии источника по линии теплового воздействия и необходимостью обеспечения зада;нной длительности импульсного теплового воздействия/ а также относительная сложность осуществления данного способа из-за необходимости одновременного контроля температуры в двух точках на поверхности образца. . Целью изобретения является повы- . шение эффективности способа за счет .уменьшения погрешности и упрощения процесса определения теплофизических свойств материала. Цель достигается тем, что согласно способу определения теплоФизи.ческих свойств материалов, включающему тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении образца по прямой линии на его поверхности, peгиcтpa ию временного: интервала, соответствующего заданному соотношению температур в двух точках той же/поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия/ и ГЮщности теплового воздействия и определение по полученным данным теплопроводности и температуропроводности материала, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным источником постоянной мощности, движущимся по прямой линии на поверхности образца с постоянной относительно образца скоростью/ регистрируют временной интервал от момента прохо вдения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию тепЛового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимальной избыточной температуры в точки контроля/ измеряют максимальную избыточную температуру в этой-же точке и дополни- тельно измеряют скорость движения сосредоточенного источника относительно образца/ после чего искомые величины расс штывают по формулам exp(l-yyfo(t), 25fT, .Y.vt где Я - теплопроводность; а - температуропроводность; q - мощность источника; Хр у- декартовы координаты точки контроля температуры; V - скорость движения источника относительно образца; tj. - интервал времени от момента прохождения движущимся источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента .достижения максимума избыточной температуры в этой точке; Т|ц - максимальная избыточная температура. На чертеже представлена схема устройства для реализации способа определения теплофизических свойств материалов. На схеме обозначе1 ы подвижный сосредоточенный источник 1 энергии, образец 2 исследуемого материала, точка 3 контроля температуры на поверхности тела. . Сущность способа состоит в следу щем. Известно, что при воздействии .на поверхность попубесконечного в тепловом отношении образца сосредоточеины14 источником энерг-ии постоянной мсэдности, движущимся с постоянной относительно образца скоростью по прямой линии на его поверхности, избыточная температура в расположенной на поверхности образца точке контроля определяется формулой C-Vx/2a-VR/2a|, 41) где X и у - координаты точки контро ля температуры на расположенной в гшЬскости XOY поверхности образца в подвижной системе коо динат, начало которой совпс|дает с положением источника теплового воз действия,а ось ОХ направлена вдоль.линии теплов го воздействия на образец; ,q - мощность источника; г теплопроводность образц +у2 - расстояние от источника ;до точки контроля текпер туры; V - скорость движения Источн ка относительно образца а - температуропроводность о разца. Известно, что в рассматриваемом случае максимум избыточной температ ры в точке контроля достигается пос прохождения движущимся источником проекции точки контроля на линшэ лового воздействия. После прохождения этой проекции источнике ее координата на оси ОХ определяется соотношением . где t - время, отсчитываемое от момента прохождения движущимся источником проекции точк контроля температуры на линию теплового воздействия. После подстановки соотношения (2) в (1) имеет место следукхцее :выражение для избыточной температуры в точке контроля 2JfAl |vjt%r;K(vV2«-vfvVT /2c,). {31 Условием максимума избыточной температуры в точке контроля ялвяется равенство нулю производной по времени функции (3). Продифференцировав (3) по времени и приравняв производную к нулю, получают форглулу для температуропроводности образца л, 2t где t - ийтервал времени от момента прохождения движущимся источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимума избыточной температуры в этой точке. Определив и (k) t и подставив его в (3), получим соотношение для расчета теплопроводности материала (f-Yyf«t ;. {5/ Таким образогл, интервал времени от момента прохождения сосредоточенным источником проекции на линию теплового возде$4ствия точки контроля температуры, лежащей на поверхности полубесконечного в тепловом отношении образца, до мсилента мaкcи лyмa избыточной температурил в точке контроля, само значение максимума избыточной температуры в этой точке, мсхчность источника и скорость его1перемещения относительно образца, по формулам С) и (5) сятределяют теплопроводность и температуропроводно сть и с следуемого материала. Способ определения теплофизических свойств материалов позволяет значительно уменьшить погретаность определения характеристик и упростить этот процесс, так как в предлагаемом способе необходимо контролировать температуру только в одной точке на поверхности образца. Кроме того, отсутствует необходимость контроля таких параметров источника, как длительность теплового воздействия на образец и постоянство линейной плотности энергии по линии теплового воздействия, которые существенно влияют на погрешность определения теплофизических свойств материала.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛО: ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отнслаении образца по прямой линии на его поверхности, регистрацию временного интервала, соответствующего заданному соотношению температур в ДВУХ точках той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия, и мощности теплового воздействия и определение по полученным данным теплофизических свойств, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности, и упрощения определения, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным, источником постоянной мсщности, Д 9Ижущимся по прямой линии на поверхности образца с постоянной относительно образца скоростью, регистрируют временной интервал от момента прохождения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимальней избыточной температуры в точке .контроля, измеряют ее максимальную избыточную температуру и ско,рость движения сосредоточенного источника относительно образца, после чего искомые величины расчитывают по формулам :