Способ определения теплофизических свойств твердых материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к исследованию физических свойств веществ, в частности к определению теплофизических характеристик твердых тел.

Цель изобретения - повышение точ ности определения теплофизических характеристик испытьшаемых изделий и материалов.

На фиг.1 изображено устройство, осуществляющее способ;, на фиг.2 графики, поясняющие предлагаемый :cnoco6j где а - импульс запуска импульсного источника нагрева; 6 тепловой импульс; в - зависимость температуры в точке нагрева от Eipeмени; г - первая производная JT избыточной температуры по времени; д - сигнал на выходе измерителя временного интервала.

Устройство для осуще ствления спо соба включает объект 1 контроля,, слой 2 материала, импульсный источник 3 нагрева, устройство 4 для измерения температуры, усилитель 5, устройство 6 для определения максимума производной, измеритель 7 временного интервала, запоминающее устройство 8, первый индикатор 9, второй индикатор 10.

Способ осуществляется следукнщм образом.

На объект контроля 1, напдимер, (ИЗ углепластика толщиной 10 мм наносят слой материала.2, используя лен ту типа скотч толщиной 0,2 мм„ вы. - , Г™ / Ф

бранньп из условия -trg (- +

)1 , (1) где - толщина

м ,4 ,

слоя (1) нанесенного материала; о интервал времени.- между началом импульса излучения нагрева и момента наступления максимума первой производной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры; га - заданная точность .определения теплофизических характеристик изделия, %; b - коэффициент теплоусвояемости исследуемого изделия, который выбирают минимальным для данного класса материалов изделия; oi. коэффии иент теплоотдачи от поверхности наносимого материала к воздуху: Лд - коэффициент теплопроводности наносимого материа

-дал.

Нанесенный спой прозрачен для . теплового излучения импульсного ис-

21

точника 3 нагрева, в качестве которого применяют лампу-фотовспышку ФШ1-1065 излучение которой с помощь зеркального конуса подводят к поверхности углепластика в пятне диаметром 3 мм. На расстоянии 6 мм от зоны нагрева между липкой лентой скотч и углепластиком укрепляют медь-константановую термопару, играющую роль устройства 4 для измеоения температуры. Сигнал термопары через усилитель Ь постоянного тока поступает через дифференциатор, выполненный на основе КС-цепи, на ленту самопишущего прибора. При этом дифференциатор выполняет роль уст ройства 6 для определения максимума первой производной, а самопишущий прибор вместе с оператором, анализирующим записанный температурный профиль, выполняет роль измерителя 7 временного интервала, запоминающего устройства 8 и индикаторов 9 и 10. На ленте самопишущего прибора отмечается импульс запуска лампывспьЕики, момент наступления максимума первой производной регистрирует оператор, находивший времяГ . Hapai тание температурного сигнала на выходе термопары записывается во втором канале самопиигугдего прибора, гд оператор определяет температуру Т в момент времени о .

На основе измеренных значений Т и о оператор определяет теплофизические характеристики изделия по формулам

а 6,12-10 d/c- ;

(2) .

-

. 3,06-10 (3) ср 0,05

(4)

-г

b 1,2410 , С)

где а - коэф1Ьициент температуропроводности-изделия;

d - расстояние от точки нагрева до точки измерения температуры;

Л - коэффициент теплопроводности изделия;

с - удельная теплоемкость изделия;

Tj, - избыточная температура в момент времени Г ;

Р - плотность изделия;

b - коэффициент теплоусвояемости изделия. в частности, измеренная температуропроводность углепластика составляет а 3,12-10 . Таким образом, .способ позволяет пoвыcиtь точность измерения в несколько раз. Способ используется при метрологических измерениях теплофизических свойств материалов и позволяет повысить точность их измерений, исключив теплопотери излучением. Формула изобретения Способ определения теплофизических свойств твердых материалов, вклю чающий импульсный нагрев излучением поверхности изделия, полубесконечного в тепловом отношении, измерение мощности тепловой энергии, измерение температуры на определенном расстоянии от точки нагрева, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности определения, на поверхность изделия наносят слой прозрачного дл,я излучения нагрева материала, измеряют временной интервал между началом импульса излучения нагрева и моментом наступления максимума первой производной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры, при этом теплофизические характеристики наносимого материала и его толщину выбирают из условия 1 ГпЬ | 100 V W Л„ /J где m - заданная точность определения теплофизических характеристик . изделия, %; b - коэффициент теплоусвояемости исследуемого изделия, который вы« 265562 б с п 5 в на пр О ма на и пе | 5 то а де гд 30 4 рают минимальным для данного класматериалов изделия: ot - -коэффициент теплоотдачи от верхности наносимого материала к оздуху, коэффициент теплопроводности носимого материала; - толщина нанесенного слоя, озрачного для излучения нагреба териала; Г - временной интервал между чалом импульса излзгчения нагрева моментом наступления максимума рвой производной зависимости избычной температуры во времени, теплофизические характеристики излия определяют по формулаь4, а 6, q/T ; 9k. 3,06-10 Ср. 0,05 b 1,24-10 , е, a - коэффициент температуропроводности изделия; d - расстояние от точки нагрева до точки измерения темпера туры; - коэффициент теплопроводности издeJшя; С - удельная теплоемкость изделия;Т - избыточная температура по-верхности изделия в момент времени ; р - плотность изделия; b - коэффициент теплоусвояемости изделия: q - мощность импульса излучения нагрева.

Область применения изобретения исследование физических свойств веществ в частности определение теплофизических характеристик твердых тел. Цель изобретения - повВшение точности определения теплофизических характеристик испытываемых изделий и материалов. Цель достигается тем, что на поверхность изделия наносят слой материала толщиной t, прозрачного для излучения нагрева.. Измеряют временной интервал Т между началом импульса излучения нагрева и моментом наступления максимума первой производной по времени кривой изменения регистрируемой избыточной температуры. Теплофизические характеристики материала и его толщину выбирают из 1 шЬ . 1 г . условия . где/ m - заданная точность определения теплофизических характеристик изде-г лия; b - коэффициент теплоусвояемости исследуемого изделия, который выбирают минимальным для данного класса материалов изделия: ОС - коэффициент теплоотдачи от поверхности наносимого материала к воздуху; Л„ коэффициент теплопроводности наносиQ $Р мого материала, и определяют теплофи(Л зическце характеристики изделия по .i . формулам а 6,12-10 -Я 3,06 . с: у 10 q/CT«r; Ср 0,05 b 1 ,24-10 q/d T 6, где а - коэффициент температуропроводности изделия; d - расстояние от точки нагрева до точки измерения температуIN:) ры; К - коэффициент теплопроводносG5 ти изделия; С - удельная теплоемсл ел кость изделия; Tд - избыточная температура поверхности изделия в мо05 мент времени ; р - плотность изю делия, b - коэффициент теплоусвояемости изделия; q - мощность импульса излучения нагрева. 2 ил.