Устройство для измерения температуропроводности материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофизи ческим измерениям и может быть использовано в тепловом неразрушающем контроле.

Целью изобретения является повьше ние точности измерения температуропроводности.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - зависимость температуры и ее квадрата на обратной поверхности образца от времени при импульсном нагреве.

-Устройство для измерения температуропроводности материалов содержит импульсный источник 1 нагрева, последовательно соединённые измеритель 2 температуры и квадратичный усилитель 3, блок 4 определения максимального значения температуры, подключенньй к выходу квадратичного усилителя 3, первый регистр 5, подключенный к вы- ходу блока 4 определения максимального значения температуры, аналого- цифровой преобразователь 6, подключенный к выходу квадратичного усилителя 3 и соединенный шиной данньрс с - первым регистром 5, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 7, соединенное шиной данных с первым реги- сром 5 .и аналого-цифровым преобразователем 6, устройство 8 сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого регистра 5 с сдвигом на разряд, а второй вход подключен к ОЗУ 7, второй регистр 9, вход данных которого соединен шиной адреса записи/считывания с ОЗУ 7, а вход записи подключен к выходу устройства 8 срав.нения, контроллер 10, соединен- ный импульсным источником 1 н агрева, аналого-цифровьпуг преобразователем 6, ОЗУ 7 и вторым регистром 8, а также последовательно соединенные с вторьи регистром 9 блок 11 вынода и индикатор 12.

Объектом измерения является образец испытуемого материала. В качестве импульсного источника нагрева - можно применить лампу-вспьппку, в качестве измерителя температуры - ин- фракрасньй пирометр.

Характерными точками кривой изменения температуры являются: точка

WQKC

в МОмаксимальной температуры Т, мент времениt gij, точка, когда сигнал достигает относительного уровня 0,721 от максимального значения и со;

ответствующий момент времени точка, когда сикнал достигает относительно уровня 0,707 от максимального значения и соответствующий момент 5 времени t .

Характерными точками кривой 2, представляющей собой квадрат температуры обратной поверхности образца, являются: точка максимума Т и мо1П / макс

мент C-IHQKC совпадающий с соответствуюЕЦИМ значением для основной темпе- ратуры точка, когда сигнал достигает относительного уровня 0,5 и соответствующий момент времени для квадра- тичной кривой о , который совпадает с моментом времени (,.0 для основной кривой, когда температура достигает уровня 0,707.

20 При включении источника 1 нагрева происходит изменение температуры пе-. редней поверхности образца и иачи- (Нается изменение температуры на обратной поверхности. Одновременно

25 импульс запуска П источника 1 нагрева поступает на вход контроллера 10, которьй начинает формировать сигналы запроса аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, работающего в

30 двоичном коде, а также сигналы управления ОЗУ 7 и адреса записи/считывания ОЗУ 7. Выходной сигнал измерителя 2 температуры поступает через квад- ратичный усилитель 3 на входы блока

зс 4 определения максимального значения температуры и АЦП 6. Значение сигнала на выходе усилителя 3 пропорционально квадрату значения сигнала на его входе. Оцифрованные значения сиг40 нала запоминаются в ОЗУ 7.

После момента наступления максимального значения температуры в блоке 4 формируется сигнал, который посту45 пает на вход записи первого регистра 5, в котором запоминается максимальное значение оцифрованного сигнала, а также на первьй вход контроллера 10, который прекращает вырабатывать

5Q сигналы управления и адреса в режиме записи информации в ОЗУ и начинает формировать сигналы управления и адреса в режиме считывания. Данные с выхода ОЗУ 7 в режиме считывания пос тупают на второй вход устройства 8 сравнения, первый вход которого подключен к выходу регистра 5 со сдвигом на разряд, таким образом, чтобы осуществлялось деление цифрового значе3

ния кода на два, т.е. производился сдвиг на один разряд.

Деление на два осуществляется следующим образом. Старший N-й разряд выхода регистра 5 подключен к N-1- му входному разряду первого входа уст- ройстка 8 сравнения, N-1-й разряд регистра 5 к N-2-му входному разряду схемы 8 и т. Д., а N-й входной разряд

устройства сравнения подключен к ло- Ю.щее импульсный источник нагрева, гическому О. Если значение цифрово- измеритель температуры, блок опреде- го сигнала с выхода ОЗУ 7 становится равным или большим значения сигнала на первом входе схемы 8 сравнения, то устройство сравнения вырабатывает 5 сигнал, поступающий на вход записи второго регистра 9, на вход данных которого поступает код адреса считывания. Это значение пропорционально характеристическому времени процесса 20 теплопередачи, которое выводится на индикатор 12 посредством блока 11 вывода. Коэффициент пропорциональности равен длительности цикла записи в ОЗУ. Одновременно сигнал с выхода 25 пературы, первый вход аналого-цифро- схемы 8 сравнения поступает на второй вого преобразователя соединен с вы- вход контроллера 10, который прекращает формирование всех сигналов и поступает на вход блока 4 для установ30

13188864

Устройство обеспечивает измерение температуропроводности в момент времени, близкий к оптимальному, что позволяет повысить точность измерения температуропроводности приблизительно на 60%. Формула изобретения

Устройство для измерения температуропроводности материалов, содержаления максимального значения температуры, блок вывода и. индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены квадратичный уси литель, аналого-цифровой преобразователь, первый .регистр, оперативное запоминающее устройст;8о, контроллер, устройство сравнения, второй регистр причем квадратичный усилитель подключен между выходом измерителя температуры и первым входом блока определения максимального значения темки его в исходное состояние. Таким образом, в устройстве регистрируется квадрат изменения температуры на обратной поверхности образца, подвергаемого импульсному нагреву, и определяется момент времени, когда квадратичный сигнал достигает половины максимального значения. Для исходной кривой этот момент времени соответствует точке, когда температу35

ходом квадратичного усилителя, а вто рой вход - с первым выходом контроллера, оперативное запоминающее устрой ство соединено шинами управления и ад реса записи/считывания с контроллером и шиной данных - с аналого-цифровым преобразователем, вход данных первого регистра подключен к шине данных, а вход записи - к выходу блока определения максимального значения температуры и к первому входу контроллера j первый вход устройства сравнения подключен к выходу первого реги-

ра достигает уровня 0,707 от макси- 40 стра со сдвигом на разряд, а второй

мального значения. Действительно, имеем исходную функцию у T( tr), квадратичная функция имеет вид у Т2(г) . В

2

МО КС

точке ,а.рИмеем у

т

НА

мак г

, на уровне 0,5 значение у 0,,(Сд J. ). Этому значению Соответствует относительный уровень исходной функции уО, 0,(,

( так как Ч0,5 0,707. Полученное значение 0,707 относительно- го уровня близко к оптимальному значению 0,721, которое рекомендуется для измерения температуропроводности

т- 13188864

Устройство обеспечивает измерение температуропроводности в момент времени, близкий к оптимальному, что позволяет повысить точность измерения температуропроводности приблизительно на 60%. Формула изобретени

Устройство для измерения температуропроводности материалов, содержащее импульсный источник нагрева, измеритель температуры, блок опреде- пературы, первый вход аналого-цифро- вого преобразователя соединен с вы-

ления максимального значения температуры, блок вывода и. индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены квадратичный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, первый .регистр, оперативное запоминающее устройст;8о, контроллер, устройство сравнения, второй регистр причем квадратичный усилитель подключен между выходом измерителя температуры и первым входом блока определения максимального значения темщее импульсный источник нагрева, измеритель температуры, блок опреде- пературы, первый вход аналого-цифро- вого преобразователя соединен с вы-

ходом квадратичного усилителя, а второй вход - с первым выходом контроллера, оперативное запоминающее устройство соединено шинами управления и адреса записи/считывания с контроллером и шиной данных - с аналого-цифровым преобразователем, вход данных первого регистра подключен к шине данных, а вход записи - к выходу блока определения максимального значения температуры и к первому входу контроллера j первый вход устройства сравнения подключен к выходу первого реги-

45

50

вход - к выходу оперативного запоминающего устройства, вход данных второго регистра подключен к шине адреса записи/считывания, вход записи подключен к выходу устройства сравнения, .а выход - к входу блока вывода, выход схемы сравнения соединен с вторым входом блока определения максимального значения температуры и вторым входом контроллера, третий вход контроллера соединен с входом импульсного источника нагрева и кнопкой пуска.

7

jp

макс f---

7Z1 0. 707

f..7 0,721

mc№.

Составитель В.Гусева Редактор А.Шандор Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Заказ 2502/36 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государстсвенного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2

Изобретение относится к теплофи- зическим измерениям и может быть использовано в тепловом неразрушающем контроле. Цель изобретения - повышение точности измерений температуропроводности. Устройство работает следующим образом. Импульсный источник нагрева нагревает образец с лицевой стороны. Измеритель температуры регистрирует нарастание температуры обратной поверхности образца; Электрический сигнал, пропорциональный квадрату избыточной температуры запоминается в цифровом виде в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Во время повторного опроса ОЗУ происходит непрерывное сравнение цифрового кода с половиной максимального значения сигнала, В момент равенства- этих сигналов на индикатор выводится номер адреса сравниваемого цифрового кода, пропорциональный характеристическому времени процесса теплопередачи, которое используется для расчета температуропроводности. Изобретение позволяет повысить точность измерения температуропроводности материалов импульсным двусторонним способом. 2 ил. с В (Л 60 00 00 00 05