Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к техни- ческой физике, в частности к тепло- физическим измерениям, и может найти широкое применение в народном хо- зяйстве при определении качества и свойств искусственных материалов и изделий из них.

Цель иэобретения - повьшение точности определения теплофизических характеристик материалов и уменьшение времени проведения теплофизичес- кого эксперимента.

Сущность способа заключается в следующем.

На чертеже приведена схема расположения и движения точечного источни ка энергии и термоприемника относительно исследуемых образцов в процессе измерения,

На схеме показаны исследуемый образец 1, над которым размещены то- . чечный источник 2 энергии и термо- лриемник 3, смещенный относительно источника по оси X на величину х и находящийся от него на расстоянии R , Перемещение термоприемника осуществляется вначале по прямой А, затем по хтрямой В, при этом термоприемник за- римает положение 4 с расстоянием до источника энергии Rj.

Способ осуществляется следующим образом.

Начинают перемещение с постоянной скоростью относительно исследуемого образца 1 точечного источника 2 энер гии и термоприемника 3, расположенного на расстаянии R от источника, движущегося по прямой А, параллельной линии движения источника энергии и измеряют избыточную предельную температуру на линии движения А, Затем удаляют термоприемник от источника Энергии на расстояние R величина которого для упрощения расчетных

формул равная удвоенному значению расстояния R, перемещают термоприемник по линии В со скоростью V, равной скорости движения источника-энергии , и с тем же х смещением относи- тельно того, что и при движении линии А измеряют избыточную предельную температуру на линии В. -Затем увеличивают мощность источника тепла до - величины, равной квадрату его перво- начального значения. Пр и этом первоначальное значение мощности источника q задают из тех условий, чтобы при увеличении ее до значения, равного квадрату первоначальной величины, максимальная избыточная температура нагрева поверхности исследуемого .тел была бы не вьше (0,8-0,9) температуры термодиструкции исследуемого материала, величина которой берется из (справочных данных или определяется предварительно экспериментальным пу- гем, и измеряют предельную избыточную температуру при движении тёрмо- приемника по линии В со скоростью V, равной скорости движения источника тепла и с той же задержкой х относительно него, что и в первых двух случаях, а искомые теплофизические характеристики определяют по формулам, полученным на основе следующих рассуждений. Избыточная предельная температура поверхности исследуемого тела в точках, перемещающихся вслед за истанником со скоростью источника по линиям, параллельньш линии дви- жения источника, и/находяпщмся от . нее на расстояниях R, и R, соответственно будет определяться зависимостями:

:i ехр 2 rtAR,

2ir;iR.

е хр

| и-ьн,ф1|) -2Е ()

где Т,Т - соответственно предельная избыточная температура нагреваемой поверхности тела в. точках, перемещающихся за источником по линиям, параллельным линии движения источника, со скоростью источника и находящихся от него на расстояниях R и Е5 К; q - мощность источника, Вт; V - скорость перемещения источника и термоприемников относительно исследуемого тела, м/с; Л, а - коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого тела, Вт/м X - смещение точки измерения температуры от источника энергии по оси X, м. Предельная избыточная температура в точках поверхности тела, перемещающихся вслед за источником с одинаковой с ним скоростью V по линии, параллельной линии-.движения источника, и находящихся от него на расстоянии R, при действии источника, мощность которого увеличена до величины, равной квадрату первоначального его значения, будет определяться зависимостью:

2г7д-К,-Р

-1-.

у. +

R,).(3)

Произведя ряд несложных математических преобразований уравнений (1), (2), (3).с учетом того, что Е 2R, , получают следующие формулы для определения тепло- и температуропроводности исследуемых тел: VR

® In TJ T ()

1ГГ|-к;- р 2Г))

Таким образом, измерив значение предельных избыточных температур Т, Т 2 и Тз и. зная расстояния ,R л и HI по формулам (4) и (5) определяют искомые коэффициенты . и Л,

Пагрешность определения тепло и- зических свойств в предлагаемом способе значительно меньше, чем в известном.

Режим теплового воздействия на исследуемое тело в данном способе позволяет полностью исключить влияние на результат измерения различия коэффициентов излучения эталонов и исследуемых тел, исключить влияние различия тепловьпс потерь на эталонах; и исследуемых телах, а также влияние: различия между количеством тепла, которое вьщеляет источник энергии и значение которого используется в расчетных формулах для прототипа, и количеством тепла, которое в процессе эксперимента действительно поглощают исследуемое тело, так как тепловое воздействие и нтроль температур по электромагнитному излучению осуществляется на участке только ис-, следуемого тела, имеющего одну и ту же постоянную степень черноты, шероховатость, коэффициент излучения и т.д.

Так как способ устраняет необходимость в двойном эталонировании и позволяет без применения эталонов определять искомые параметры, то очевидно, что общее время проведения теплофизического эксперимента умены шается соответственно в 2-3 раза.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов, состоящий В нагреве исследуемого образца подвижным точечным источником энергии и регистрации предельной избыточной температуры поверхности образца термоприемником, перемещаемым относительно образца с одинаковой с источником энергии скоростью и фиксированной задержкой относительно него по линии, параллельной линии движения источника энергии, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности определения тепло- физических характеристик материалов и уменьшения времени проведения теплофизического эксперимента, осу5 ществляют смещение теплоприемника на вторую линию движения, параллельную линии движения источника энергии, и регистрируют значение избыточной предельной температуры при движении термо0 приемника по второй линии со скоростью, равной скорости движения источника энергии, и с той же фиксированной задержкой относительно него, что и при движении по первоначальной ли5 НИИ, затем увеличивают мощность источника тепла до величины, равной .квадрату первоначального значения его мощности и измеряют предельную избыточную температуру при движении

0 термоприемника по второй линии со скоростью источника тепла, и с той же задержкой относительйо него, что и в перШ11х двух случаях, а искомые теплофизические характеристики определяют до формулам

- J д- т,

21пт,/2т,,

где избыточная предельная темпе ратура нагреваемой поверхности полу- Q бесконечного тела в точке, перемещающейся за источником с одинаковой с ним скоростью, по линии, параллельной линии движения источника и находящейся от него на расстоянии

5 1

Т-- избыточная предельная температура поверхности в точке, перемещающейся за источником с одинаковой с ним скоростью по линия, параллельной линии движения источника и находящейся от него на расстоянии R,, К;

Т - избыточная температура поверхности исследуемого тела в точке, перемещающейся за источником с одинаковой с ним скоростью по линии, параллельной линии движения ис0

5

51377695

точника и находящейся от него на расстоянии R, когда V - мощность источника равна квадрату его первоначальной линии. К} ,А смещение точки измерения температуры от источника

энергии по оси х, м; скорость перемещения источника и термоприемников относительно исследуемых тел,м/с; коэффициенты тепло- и темйе- ратуропроводности исследуемых материалов.

Изобретение относится к технической физике. Целью изобретения является повьшение точности определения теплофнзических характеристик материалов и уменьшение времени проведения теплофизического эксперимента. Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов состоит в нагреве исследуемого об- ;разца точечным источником энергии и регистрации предельной избыточной температуры поверхности термоприемником. Последний перемещается относительно исследуемых образцов с одинаковой с источником энергии скоростью и фиксированной задержкой относительно него по линии, параллельной линии движения источника энергии. Осуществляют смещение термоприемника на вторую линию движения, параллельную линии движения источника энергии. Регистрируют значение избыточной предельной температуры при движении термоприемника по второй линии со скоростью, равной скорости движения источника энергии, и с той же фиксированной задержкой относительно него, -что и при движении по первоначальной линии. Затем увеличивают мощность источника тепловой энергии до величины, равной квадрату первоначального значения его мощности. Измеряют предельную избыточную температуру при движении термоприемника по второй линии со скоростью источника тепла и с той же фиксированной задерж- ;КОЙ относительно него, что и в первых случаях. Искомые характеристики определяют по соответствующим формулам. 1 ил. i (Л С со а со О1

Ч(Ч1