Устройство для неразрушающего контроля теплофизических характеристик материала Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям, а точнее к устройствам, служащим для контроля теплофизических характеристик (коэффициентов теплопроводности, и темп ратуропроводности, тепловой активно ти и объемной теплоемкости) ,материа ла. . .... . . Известно устройство, для неразрушающего контроля неметаллических материалов, содержащее цнлиндрический эталон с расположенными на одном основании нагревателем и измери телем температуры. При проведении контроля эталон устройства прижимаю к поверхности исследуемого материал и выдерживают до выравнивания темпе ратуЕ ы эталона и исследуемого материала, после чего на нагреватель подают стабилизированное напряжение и по изменению температуры в плоскости контакта, фиксируемой измерителем температуры, рассчитывают теп лофизические характеристики исследу емого материала ij . Недостатком данного устройства является значительное время термостатирования системы эталон - иссле дуемый материал, которое достигает 30-50 мин. Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемому результату является устройство для нераэрушающего- контроля теплофизических характеристик материала, содержащее эталон, выполненный в виде приводимого во время контроля в непосредственный контакт с исследуемым материалом цилиндра, на торце которого соосно с ним установлены плоский нагреватель и рабочий измеритель температуры, а в его геометрическом центре - контрольный измеритель температуры, причем рабочий и контрольный измерители температуры подключены к блоку регулирования и индикации 2j , Основным недостатком известного устройства для неразрушающего контроля теплофизических характеристик материала является длительное время термостатирования системы эталон исследуемый материал и следствием этого, низкая производительность из мерений. Целью изобретения является повышение производительности измерений путем уменьшения времени термостатирования системы эталон - исследуемый . материал . Цель достигается тем, что в уст ройстве для неразрушающего контроля теплофизических характеристик материала, содержащем .эталон, выполненный в виде приводимого.во время конт роля в непосредственный контакт с исследуемым материалом цилиндра, на торце которого соосно с ним установлены плоский нагреватель и рабочий измеритель температуры, а на его оси - контрольный измеритель температуры, причем рабочий и контрольный измерители температуры подключены к блоку регулирования и индикации, эталон заключен в с.оосно расположенные высокотеплопроводный стакан и корпус, межд.у которыми установлена первая термобатарея, а устройство дополнительно содержит основание со вставленной высокотеплопроводной плитой со второй термобатареей, измерители температусал стакана и исследуемого материала, при этом корпус выполнен с возможностью перемещения оносительно основания, а измерители температуры стакана и исследуемого материала совместно с рабочим и контрольным измерителями температуры подключены к блоку регулирования и индикации. На чертеже представлена схема устройства. Эталон 1 с нагревателем 2, рабочим 3 и контрольным 4 измерителями температуры расположен в стакане 5, выполненном из высокотеплрпроводного материала.Причем контрольный измеритель 4 температуЕ« расположен в геометрическом центре эталона 1. Рабочий 3 и контрольный 4 измерители температуры соединены с блоком 6 индикации. Внешняя поверхность стакана 5 находится в тепловом контакте с термобатареей 7. Стакан 5 вместе с термобатаре€ й 7 помещены в корпус 3, который находится на оси 9 и может вращаться вокруг- нее. Ось 9 закреплена на основании 10 с теплопроводящей плитой 11, имеющей паз под нагреватель 2 на ее торцовой поверхности. Плита 11 находится в тепловом контакте с термобатареей 12.Устройство опирается на поверхность исследуемого материала 13 ножками 14, в которые вмонтированы измерители 15 температурил, контролирующие температуру исследуемого материала 13. Измеритель 16 температуры в стакане 5 и рабочий измеритель 3 температуры совместно с измерителем 15 температуры подключены к блоку 17 регулирования температуры, связанному с источником 18 питания и термобатареями 7 и 12,. . Устройство работает следующим образом. : Устройство устанавливают на поверхность исследуемого материала.13. Блок 17 вырабатывает сигнал, управляющий И.СТОЧН51КОМ . 18 питания, про порциональный разности температур . стакана 5 и исследуемого материала 13,а также между плитой 11 и исследуемым материалом 13. В зависимости от направления тока термобатареи 7 и 12 охлагждают или нагревают стакан 5 и плиту 11. За счет большой повер ности теплообмена и высокой теплопроводности материала стакана 5 пли ты 11 (эталон 1 как бы находится в изоте 1ической оболочке) происходит быстрое выравнивание температуры по всему объему эталона, которое контролируется по разности температур между рабочим 3 и контрольным 4 измерителями температуры.После устано ления нулевой разности температур между рабочим 3 и контрольным 4 измерителями температуры, т.е. при пр обретении эталоном температуры исследуемого материала, термозонд, со стоящий из корпуса 8 с эталоном 1, нагревателем 2, рабочим 3 и.контрольным 4 измерителями температуры, стаканом 5 и термобатареей 7, повор чивгиот на угол 180 вокруг оси 9 и устанавливают непосредственно на по верхность исследуемого материала 13 при этом создается контакт эталона с исследуемым материалом 1,3. После этого на нагреватель 2 подается ста билизированное напряжение и по изме нению температуры в зоне контакта, фиксируемс 4у рабочим измерителем температуры 3, рассчитывают теплофи зические характеристики исследуемого материала 13. При необходимости термозонд можно снимать с оси 9 и отделять от основания 10. Условия полуограниченности эталона в тепловом смысле, которое заложено в теорию работы устройства, удовлетворяется выбором режима эксперимента (Рд 1) и размерами нагревателя и эталона. Обычно соотношение размеров устройства, удовлетворяющее условию полуограниченности эталона и конструктивным соображениям, следующее К, 5Нн-4 э, где R-J - радиус эталона; Яц - радиус нагревателя; . п - высота эталона. Сокращение времени, тармрстатиро вания предлагаемого устройства по сравнению с известным можно оценить следующим образом. Пусть эталон устройства до опыта имеет температуру TO, при установке устройства.. на исследуемый материал Т ,.Тогда при установке устройства на исследуемый материал с температурой вся поверхность эталона принимает.эту температуру Т . Относительная температура системы Т-Тп определяется следукнцим образом б-бц-бп, где 9ц и бпд - соответственно относительные температуры бесконечных цилиндра и пластины при граничных условиях первого рода. 1- . . Считая систему практически термостатированной при 0 6ц9пА OfOl получаем дляQО,1; ,104 при FOH-O«,MR - ОИ8;0.. 0,096 при Л ,С/Ь -9аэ«/4к «1,08 (соотношение размеров К и Ь выбирают согласно (1). Аналогично можно оценить время термостатирования при использовании известного устройства.. Сопоставив времена термостатирования, получаем, что применение предлагаемого устройства уменьшает время термостатирования по сравнению с известным устройством по крайней мере в 8 раз. Такое сокращение времени .термостатирования повышает производительность измерений в 5-7 раз.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮ ЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРА ТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА, содержащее эта лон, выполненный в виде приводимого во время контроля в непосредственный контакт с исследуемым материалом цилиндра, на торце которого соосно с ним установлены плоский нагреватель и рабочий измеритель температуры, а на его оси - контрольный измеритель температуры, причем рабочий и контрольный изме- . рители температуры подключены к блоку регулирования и индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности измерений путем уменьшения времени термостатирования системы эталон - исследуемый материал, эталон заключен в соосно расположенные высокотеплопроводный стакан и корпус , между которыми установлена первая термобатарея, а устройство дополнительно содержит основание с вставленной в него высокотеплопроводной плитой с второй термобатареей, измерители температуры-стакана и исследуемого материгша, при этом корпус выполнен с возможностью перемещения относительно основания, а измерители температуры стакана и иссследуемого материала совместно с рабочим и контрольньвд измерителями температуры, подключены к блоку, регулирования и индикации.