Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов без нарушения их целостности Советский патент 1985 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическимизмерениям. Цель изобретения - повышение точности определения теплофизических характеристик материалов. Сущность способа заключается в следующем. На теплоизолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный источник тепла заданной мощности и осуществляют тепловое воздействие на тело импульсами с заданной скважностью (для материалов с Д от 0,05 до 5 Вт/ (м К) скважность следует задавать в диапазоне от 5 до 60 с). Затем фиксируют число импульсов, нанесенных на поверхность тела, от начала теплового воздействия до момента установления неизменного значения температуры в точке контроля, расположенной на заданном ближн расстоянии X от линии действия источника. После этого фиксируют число импульсов от начала теплового воздействия до момента, когда температура во. второй точке, удаленно на большее расстояние Х от источника теп лового воздействия, достигнет установившегося значения. Установившееся значение темп ратуры в точке контроля X, и Х наступает тогда, когда очередной тепловой импульс из серии импульсов теплового воздействия не изменяет температуры соотвегсгвенно в начале в точке X,, затем в точке Yg . Зн значения этих температур и число насыщения для первой и второй точки контроля, искомые теплофизические характеристики определяют по соответствующим формулам. Тепловой процесс при действии линейного импульсного источника тепла на поверхность полуограниченного в тепловом отношении тела описывается следующей краевой задачей теплопроводности. 8TU,z.) f34(x.z,t .z.-J ЗС , 0 ) T(.x.7;,0) 0 ; Т (y,Z,-2: Ь0; При X,. T(x,Z,0)-0 ; T(x,7;.b)-0) при X aily.z.-g) Q-8(c ,при X--Z 05 D , при X 0, 0; a. aKx.z.t) X СХЭ., где 1 -- гемпсрагура; Х,ь - текущие координагы; -A.i коэффициенты гешю- и темГ1срагу 1ог1(юводносги; Q количество тепла, иыде.чясмос с единицы jurHiihi линейного ис5точника ; 8 (2) - дельта-функция (функция Дирака); о - время. Решение задачи (1)-(4) для поверх юсти тела (1 гО) имеет внд miPV4«t Температурное поле в результате действия П импульсов соответственно в точках X и %2 описывается зависмостями -1-(Шб) ОО-л Г л V. с. и л A-El tr f , Q Па Г Х Т .) -- 2 е р - После несложных математических преобразований (6) и (7), используя соотношение i 2 i -йч , где Д - скважность тепловых импульсов, а ; - натуральный ряд чисел, получим следующие формулы для расчета искомых теплофизических характеристик: ,г. nt / . ,(n,) усг.Дх„г)Г1 .) где X,, 2 соответственно расстояния от линии действия источника тепла до точек контроля температуры; И, - число импульсов, наложенных на поверхность исследуемого тела от источника тепла, дс момента времени, когда температура в точке X, достигает уста- новившегося значения, равного Тц ( ); п i - число импульсов, поданных на теле от источника тепла до момента времени, когда температура в точке V g достигает установившегося значения; iC - скважность импульсов источника тепла t) - i л i) , - натуральный ряд чисел; Q - мощность, линейного импульсного источника тепла; , q коэффициенты тепло- и температуропроводности соответственно. Таким образом, определив число импульсов теплового воздействия И, и П g и зная значение установившейся температуры в точке X, и мощность одного теплового импульса, по формулам (8) и (9) можно рассчитать значения коэффициентов гепло- и температуропроводности исследуемых тел. Определение числа нанесенных импульсов И, и Pg на поверхность тела источника тепла от начала теплового воздействия до момента, когда температура в точке контроля достигнет неизменного значения, обеспечивает и помехозащищенность при опрёделе НИИ генлофизических характеристик.

Иогрешносгь определения геплофизических характерисгик в предлагаемом способе значительно меньше, чем в известном способе по следующим причинам. Например, в известном способе погрешность определения коэффициента температуропроводаости определяется как

Хг-Х,

АХ . (10)

В предлагаемом способе погрешность вычисления этого же коэффициента определяется как

X

х

(II)

nl 1

ьх

2йге„п,1п2

Из анализа формул (10) и (11) очевидно, что погрешность определения данного коэффициента в предлагаемом способе меньше на величину первого слагаемого в выражении (10). А так как эта величина вносит не менее 70% общей погрешности, го способ позволяет повысить точность определения коэффициента температуропроводности не менее чем в 2-3 раза.

СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕДЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ БЕЗ НАРУШЕНИЯ ИХ ЦЕЛОСТНОСТИ, состоящий в тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источни ка тепла и температурно-временных измере,ниях в двух разноогстоящих от линии действия источника точках поверхности и иЗ морения мощности теплового воздействия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, воздействие на поверхность исследуемого тела осуществляют тепловыми импульсами с заданной скважностью н фиксируют число импульсов, нанесенных на поверхность тела источником тепла, от начала теплового воздействия до момента, когда температура в точке контроля, расположенной на ближнем расстоянии от линии действия источника. достигнет установившегося неизменного знйчения, затем фиксируют число импульсов от начала теплового воздействия до момен га, когда температура во второй точке контроля станет неизменной, после чего теплофизическне характеристики определяют по соответствующим формулам: ( °4лСе„п,/Пг Q . ( J JL .t (о) - 2 ; 44a-4i , где X, , Xg- соответственно расстояния от линии действия источника тепла до т;очек контроля температуры; П, - число импульсов от источника тепла на поверхность исследуемого тела до момента времени, когда температура в точке Xt достигла установившегося значения, равного UCT. i-// Ид - число импульсов от источника тепла,(О поданных до момента времени, когда темпе- QQ рагура в точке Xj достигнет установившего- fl ся значения; - скважность импульсов не-fn точника тепла; (; - i л , i - натураль-fn ный ряд чисел; Q - мощность линейного импульсного источника тепла; Л, а - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности.