Способ определения температуропроводности материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Иэобре7.ение относится к технической физике и может; быть использовано при определении теплофиэических свойств твердых тел.

Известем способ определения теплофизичшских свойств материалов, заключающийся в том, что поверхность тела, теплофиэические особенности которого предстоит исследовать , нагревают в течение определенного интервала времени равномерно распределенHfJM источником, а затем после выключения источника через некоторое время задержки регистрируют температурное распределение нагретой поверхности и по температурным аномалиям судят о наличии областей, отличающихся от соседних областей измененными теплопроводностью и температуропроводностью Г-- .

О.цнако необхоу имость строгого выдерживания временного интервала нагрева образца и временной задержки ме/вду моментом окончания нагрева и моментом регистрации температурного распределения нагретой поверхности приводит к усложнению способа и сниже1- ию его эффективности,

Наибо.чее близким к изобретению является способ определения температуропроводности мате риалов, включающий нагрев образца исследуемого материала подлВижньи-л точечным источником энергии,, измерение температурного поля поверхности образца подвижньлм д н т ч и к ом т емп е р а т у ры, ко т о рый п е ремеадают о1посительно образца о одина СОВОЙ с источником энергии скоростью (21.

Ос;1ов.мы-.м недостатком даннохо способа является значительная погрешность определения искомой величины.

Цель изобретения - уменьшение поrpoibHocTH определения т емп ера ту ро проводгюсти материалов;,

Цель достигается тем, что согласно способу определения температуропрО1зод|;ости материалов , включающему нагрев сбрггзца исследуемого материала подвижным точечныг.ч источником энергии, измереН1е температурного поля поверхности образца подвижным датчиком температуры, который перемещают относительно образца с одинаковой с источником энергии окорость 0, последовательЕ1о нагревают эталонный и 1сследуем 1й образцы с первона-Чальной скоростью источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры, повторно нагревают образцы тем jce точечным источником энергии о измененной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточньхю предель 1ые температуры, 55 по избыточным предвльным темпсратураГЛ эталонного и иссле;дуемого образцов, n3MepetnHjEvi при нагреве их с первоначальной и измененной скоростью, определяют температуротгроводность образца исследуемохо материала по формуле gn

ЦТ

т

2j)-r т

о5р эт

f.n

т.

2 о5р

где

температуропроводность образца исследуемого мате,риала;

температуропроводнос1ь эталонного образца; избыточная предельная

1 эт температура эталоннслю образца при нагреве его с первоначальной скорость движения источника энергии;

т„

избыточшя 1ре/1сльнал темпе Pel т ура э;а л он но го образца при н дгровя его с измененной скоростью двилозния источ п-1ка энерги

т изб ьт оч н а я Г редел j н а я

1о6р температура образца исследуемого материала с первоначальной скогю--::тью движения источника энергии ;

йзбьпочная предельна;-:

оор температура образца ксследуемого г-яатериала о изменен ной СКОРОСТЬЮ источника энергий

На чертеже п.зг-;ведена схема расположения источнг ка энергии и датчика температуры относительно эталонного к исследуем)1Х образглов согласно изобретепию.

Схема вкл:очаег исггочник энер

г; и I и датчик темперсгтуро 2 ,, которые томещены над эталоном 3 с известьой гемпературопроводностью и iccJJeдye ьэIми о(5разцами 4, Буквой И обозначено направление перемещения источника зlepгик 1 и датчика темперзГуры 2 от чосигсльно эталона 3 и исследуем ж образцов 4 .

Cyi:;iiocTb предложен11ого способа зак/ ючается в с.ггедующем.

Вначале измеряют начальные темперс.туры эта/юна с известной тсмпег-атурспроводностью и исс-педуемьох обрг.зцо темпара1уропроводность которых предстоит определит:-, Иг чальные темгК;раTypL-; можно о;-а.,:д8лить, пере:.;сгдая датчик температург-л идоль поверхностей эталона с ИЗВЕСТНОЙ температуропрово,цностью и и,сследуемых образцов или измерив температуру этого STaJTOHa и исследуемых образцов в любой т-очкз ИХ поверхности,, поскольку в преде пах этого эталона и калсцого из исследуемых образцов темг;ература перед на-iaлом измерений должна быть одинако-за Затем точечный источник тепловой энергии 1 постоянной мощности (например, электрическую лампу с зеркальным отражателем и с пятном нагрева, сфокусированным на поверхности нагреваемых твердых тел, или луч лазера и датчик температуры 2 (например, бесконтактный датчик, регист рирующий температуру нагретой поверх ности по электромагнитному излучению, жестко связанный с источником 1 и поэтому имекиций постоянное расстояние оставания, начинают перемещать с одинаковой и постоянной перво начальной скоростью вдоль поверхностей эталона 3 с известной температуропроводностью и исследуемых образцов 4 в направлении Н. Толщины эталонного 3 и исследуемых образцов 4 должны быть не меньше расстояния отстаивания, чтобы можно было рассматривать процесс их нагрева как нагрев точечнЕлл источником полубесконечного тела. В процессе нагрева для эталонного и для каждого исследуемого образцов измеряют предельную температуру нагреваемой поверхности вдоль линии движения источ ника. Затем по разности предельной температуры нагрева эталона 3 и измеренной ранее начальной температуры этого эталона 3 определяют избыточну предельную температуру нагрева повер хности эталона 3. Далее по разности предельной температуры нагрева и измеренной ранее начальной температуры каждого из исследуемых образцов 4 оп ределяют избыточную предельную темпе ратуру нагрева поверхности для каждо го из исследуемых образцов 4. Известно, что при нагреве поверхности полубесконечного тела точе-чнйм подвижным источником избыточная предельная температура поверхности этог тела в точке, перемещающейся вслед за источником вдоль линии его движения с той же скоростью, определяется формулой ( -2JJR- - () где t - избыточная предельная тем пература нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке, следукяде за подвижным источником с такой же скоростью; с - мощность источника; Л - теплопроводность тела; X - расстояние от точечного источника до проекции точ ки, в которой определяют температуру тел а, на линию движения источника; R - расстояние от точки, в которой определяют температуру тела, до точечного .. источника; V - скорость движения источника;ot - температуропроводность Далее повторно измеряют начгшьные температуры эталона с известной температуропроводностью и исследуемых образцов. После этого тот же точечт ный источник тепловой энергии 1 и жестко связанный с ним датчик температури 2 начинают перемещать с измененной скоростью вдоль поверхностей эталонного 3 и исследуемых образцов 4 в направлении Н. В процессе нагрева с измененной скоростью движения источника 1 при помощи дат-чика температуры 2 измеряют предельную температуру нагреваемой поверхности вдоль линии движения источника для этёшонного образца 3 и для каждого исследуемого образца. .По разности предельной температуры нагрева с измененной скоростью источника и повторно измеренной начальной .температуры определяют избыточные предельные температуры нагрева поверхности для эталонного и исследуемого образцов. Из соотношения (1) для отношения избыточных предельных температур эталона 3, определенных при первоначальной и измененной скорости движения источника, справедлива зависимостьгде - избыточная предельная температура эталона, определенная при первоначальной скорости Ц движения источника; избыточная предельная температура эталона, определенная при изменен, ной скорости V движения источника; - температуропроводность эталона 3; V., - первоначальная скорость движения источника) V2 - измененная скорость движения источника. Из соотношения (1) для отношения избыточных предельных температур . каждо -о исследуемого образца, определенных при первоначальной и измененной скорости движения источника, справедлива аналогичная зависимость. Поскольку величина ( ) остается одинаковой и для эталона и для всех исследуемых образцов, температуропроводность «эт для эталона 3 известен, а избыточные предельные температуры для эталона 3 и исследуемых образцов 4 определены, то для каждого исследуемого образца темпе

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев образца исследуемого материала подвижным точечным источником энергии, измерение температурного поля поверхности образца подвижным датчиком температуры, который перемещают относительно образца с одинаковой с источником энергии скоростью, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения температуропроводности, последовательно нагревают эталонный и исследуемый образцы с первоначальной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температу- ры, повторно нагревают образцы тем же точечным источником энергии с измененной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры. и по избыточным предельным температурам эталонного и исследуемого образцов, измеренным при нагреве их с первоначальной и измененной скорс5стью, определяют температуропроводность образца исследуемого материала по формуле Г, 1эт en2эт «о5р «эт2 обр .- температуропроводность где образца исследуемого материала; а температуропроводность эт сл эталонного образца; избыточная предельная 13Т с температура эталонного образца нагрева с первоначальной скоростью движения источника энергии/ избыточная предельная температура эталонного образца при нагреве с из-: СГ5 мененной скоростью движения источника энергии/ избыточная предельная1о5р 4: температура образца Исследуемого материала при нагреве с первоначальной сс скоростью движения источника энергии,избыточная предельная 2обр температура образца исследуемого материала при нагреве с измененной ско-; ростью движения источника энергии.

/ /

л/ ЛУ