Способ определения температуропроводности твердых тел Советский патент 1986 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплофизических измерений, в частности к способу определения температуропроводности твердых тел, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства как для определе- ия температуропроводности материалов так и для контроля качества соответствующих изделий.

Целью изобретения является увеличение точности и упрощение процесса определения температуропроводности твердых тел.

На фиг. 1 приведена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - регистрируемью датчиком температуры профили предельных избыточных температур двух эталонов и одного из исследуемых образцов вдоль прямой, перпендикулярной линии движения источника энергии и проходящей через точку нагрева образцов.

Схема содержит два эталонных образца 1 и 2 и исследуемые образцы 3, под которыми расположены точечный источник 4 энергии и датчик 5 температуры, перемещение которых происходит вдоль оси X , а сканирование нагреваемых поверхностей при регистрации температурных профилей - вдоль оси Y , проходящей через точку О нагрева образцов.

Предлагаемьй способ заключается в том, что два эталона 1 и 2 с известными температуропроводностями и исследуемьге образцы 3 нагревают точечным источником 4 энергии, котор перемещают с постоянной скоростью относительно рассматриваемых твердых тел вдоль оси X (фиг. 1). Датчиком температуры, ж2СТКО связанным с источником энергии, осуществляют сканирование поверхностей эталонов 1 и 2 и образцов 3 вдоль линии, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии и датчика температуры и проходящей через точку нагрева О (вдоль оси Y ). Для каждого из исследуемых образцов 3 и эталонов 1 и 2 датчик 5 зарегистрирует профиль (фиг. 2) предельных избыточных температур поверхности, соответствующих квазистационарному режиму нагрева.

При нагр.еве поверхности полубесконечного в тепловом отношении тела точечным источником энергии, перемещаемым относительно тела с постоянной скоростью, предельная избыточная температура полерхности этого тела

ь- в,

12262352

в точке, перемещающейся со скоростью источника вслед за источником, определяется формулой

6(,Н)

-Zir- R

-ехс

р -(

2а

(

Гце 0 (х,1)) - предельная избыточная

температура нагреваемой поверхности тела в точке, перемещающейся со скоростью источника вслед за источником; координаты точки регистрации температуры в подвижной системе координат, совмещенной с точкой нагрева поверхности тела источником энергии; мощ-ность источника энергии;

теплопроводность тела; скорость перемещения источника энергии и точки регистрации температуры относительно V

а R

теплопроводность тела; расстояние от точки регистрации температуры до точки нагрева поверхности тела источником энергии.

Из формулы (1) следует, что предельная избыточная температура нагреваемой поверхности тела вдоль прямой, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии и проходящей через точку нагрева, определяется соотношением

б(я1

S-iTTiy

ехр

гаМ

5

где

В

0

5

расстояние от точки регистрации температуры, расположенной на прямой, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии и проходящей через точку нагрева, до линии движения источника энергии.

Для точек 1 и 2 пересечения температурного профиля исследуемого образца 3 с температурными профилями соответственно эталонов 1 и 2 и точки 3 пересечения температурных профилей эталонов 1 и 2,(фиг. 2) согласно (2) справедливы соотношения

ЭТ2

f

а,т( « эта

1226235 4

ния источника до точки пересения (2) температурных профилей эталонов 1 и 2, по формуле (6) находят температуропроводность каждого из исследуемьтх У образцов 3.

Предлагаемый способ позволяет упростить процесс определения температуропроводности твердых тел за счет уменьшения количества необходимых измерений до трех (по известному способу необходимо измерить пять величин) и повысить точность измерения определения температуропро- воднос,ти как за счет уменьшения ко- JC личества измеряемых параметров,

погрешности которых приводят к снижению точности определения температуропроводности, так и за счет исключения источников дополнительных по- температуропровод,(5)

теплопроводности соответственно исследуемого образца, 3, этяло- нов 1 и 2;

10

- грешностей, которые по известному способу обусловлены неточностью задания значений теплопроводности образцов. Простота осуществляемых операций и малый объем измерений

ности соответственно исследуемого образца 3, эталонов 1 и 2; расстояния от

линии источника энергии до точек пересечения температурного профиля исследуемого образца 3 с температурными профилями соответственно эталонов 1 и 2; Ijj - расстояние от линии движения источника энергии до точки пересечения температурных профилей эта- лонов 1 и 2.

Иэ формул (3), (4) и (5) следует, , поскольку величины ( и V постоы в процессе нагрева и изменений, пературопроводность каждого из ледуемых образцов 3 определяется формуле

УгУ

оЕр

ц ЦL- J-4i-- i4

, аэ1г1 этг а,т,1

Таким образом, определив по тем- пературному профилю каждого из исследуемых образцов 3 расстояния от линии движения источника энергии до точек пересечения данного профиля с температурными профилями эталонов 1 и 2, определив расстояние от линии движе,(5)

JC

10

погрешности которых приводят к снижению точности определения температуропроводности, так и за счет исключения источников дополнительных по-

грешностей, которые по известному способу обусловлены неточностью задания значений теплопроводности образцов. Простота осуществляемых операций и малый объем измерений

5 обеспечивают наряду с высокой точностью определения температуропроводности (случайная погрешность измерения не превышает 1%) высокую производительность предлагаемого способа (более 400 измерений за рабочую смену).

В лабораторном макете, реализующем предлагаемый способ, в качестве точечного источника энергии исполь5 зуется луч лазера типа ИЛГН-704, мощностью 3-5 Вт, имеющего длину волны излучения 10,6 мкм. В качестве датчика температуры используется сканирующий радиометр, обеспечивающий

бесконтактное измерение температуры, ;с рабочим диапазоном длин волн 2-20 мкм.

4

Формула изобретения

Способ определения температуропроводности твердых тел, заключающийся в том, что нагревают поверхности двух эталонных образцов с извест50 ными температуропроводностями и исследуемых образцов точечным источником энергии, перемещаемым вдоль эталонов и образцов с постоянной скоростью, и измеряют для каждого из

55 Образцов и эталонов датчиком температуры, перемещаемым со скоростью источника, профили предельных избыточных температур нагреваемой поверхности по линии, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и упрощения процесса определения теи- пературопроводности твердых тел, регистрацию температурных профилей осуществляют по прямой, проходящей через точку нагр ева поверхностей образцов, по температурному профилю

каждого исследуемого образца определяют расстояние от линии движения источника энергии до точек пересече- J ния данного п1)офиля с температурными профилями обоих эталонов, а также опредетюют расстояние от линии движения источника энергии до точки пересечения температурных профилей 10 эталонов и по измеренным значениям определяют искомую величину.

Изобретение относится к области теплофизических измерений. Целью его является увеличение точности и упрощение процесса определения температуропроводности твердых тел. Она достигается тем, что в способе определения температуропроводности твёрдых тел, заключаняцемся в том, что нагревают поверхности двух эталонных образцов с известными температуропровод- ностями и исследуемых образцов точечным источником энергии, перемещаемым вдоль эталонов и образцов с постоянной скоростью, и измеряют для каждого из образцов и эталонов датчиком температуры, перемещаемым со скоростью источника, профили предельных избыточных температур нагреваемой поверхности по линии, перпендикулярной направление перемещения источника энергии регистрацию температурных профилей осуществляют по прямой, проходящей через точку нагрева поверхностей образцов, по температурному профилю каждого исследуемого образца определяют расстояние рт линии движения источника энергии до точек пересечения данного профиля с температурными профилями обоих эталонов, а также определяют расстояние от линии движения источника энергии до точки пересечения температурных профилей эталонов, и по измеренным значениям определяют искомую величину. 2 ил. |(Л F § to to О) ю со сд

Составитель В. Битюков ™™ Техред Л.Олейник Корректор А. Обручар

Заказ 2119/37

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытие 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, l

Подписное