Способ бесконтактного контроля теплофизических характеристик материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к области определения теплофизических характеристик материалов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности определения теплофизических характеристик исследуемых образцов.

На чертеже приведена схема расположения, источника теплоты и термоприемника относительно исследуемого образца в процессе измерения.

Схема содержит точечный источник 1 теплоты постоянной мощности, термоприемник 2, регистрирующий температуру нагретой поверхности по ее электромагнитному излучению, перемещаемые с постоянной скоростью V относительно исследуемого образца 3. Выход термоприемника 2 подключен к первому входу вычитающего устройства 4, на второй вход которого подается с блока 5 задания температур напряжение, со- - ответствующее заданной температуре Т. Разностный сигнал с выхода вычитающего устройства 4 через усилитель 6 мощности поступает на реверсивный двигатель 7, вал которого кинематически соединен с механизмом перемеще-

4

ОО

О СП

05

31

ния термоприемника 2 относительно источника 1 теплоты. Кроме того, термоприемник 2 соединен с преобразователем 8 расстояния перемещения в напря жение постоянного тока, выход которого подключен к информационному входу микропроцессора 9.

На чертеже обозначены также: А - линия движения источника теплоты; В - параллельная ей линия на расстоянии от нее; X - расстояние между точкой подвода теплоты и точкой регистрации избыточной температуры на линии A; R - расстояние между точкой подвода теплоты и точкой регистрации избыточной температуры на линии В; X - расстояние по линии А между точкой подвода теплоты и проекцией на нее точки измерения температуры на линии В.

Способ осуществляют следующим образом.

Включают источник 1 теплоты и начинают его перемещение и термоприемника 2 над исследуемым образцом 3 с постоянной скоростью V. Термоприемни 2; движущийся при этом по линии перемещения пятна нагрева источника теплоты с некоторым отставанием от него зарегистрирует избыточную температур нагреваемой поверхности, соответст- вующую установившемуся квазистационарному режиму нагрева. Затем постепенно изменяют расстояние отставания точки контроля избыточной установившейся температуры от точки подвода теплоты в соответствии с зависимость Х Х0+йХ, где Х0 - начальное расстояние между точкой измерения избыточно температуры и точкой подвода теплоты; (х)К Л Т (х), где Т - заданное значение избыточной температуры, величина которой устанавлиг

ник ты.

2 относительно источника 1 тепло0

0

0

5

0

5

Изменение расстояния (перемещение) термоприемника между точкой измерения температуры и точкой подвода теплоты осуществляют до тех пор, пока измеряемая избыточная температура поверхности исследуемого образца станет ранной заданному значению Т, т.е. (х) , ДТ(х)0, а разностный сигнал на выходе вычитающего устройства 4 отсутствует.При этом датчик 8 расстояния преобразует установившееся рассто- 5 яние между точкой подвода теплоты X в напряжение постоянного тока,значение которого заносится в оперативную память микропроцессора. Затем перемещают термоприемник 2 на вторую линию движения (линия В на чертеже), параллельную линии движения А источника и смещенную от нее на расстоянии Y и повторяют измерительные операции.

При этом информация об установившемся расстоянии R между точкой измерения температуры и точкой подвода теплоты преобразуется преобразователем 8 в электрический сигнал и заносится в оперативную память микропроцессора 9. Затем по команде оператора на основе полученной измерительной информации X и R осуществляется расчет искомых теплофизических характеристик.

Способ обеспечивает возможность регистрации избыточных температур, выбранных исходя из метрологических характеристик используемой аппаратуры и с учетом уровней теплофизических свойств объектов исследований. Адаптивный поиск координат измерения температуры, соответствующих оптимальным приращениям температур, позволяет по сравнению с известными техни

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических характеристик материалов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности. Тепловое воздействие и регистрацию избыточных температур осуществляют на поверхности тела при перемещении точек воздействия и регистрации с постоянной скоростью вдоль поверхности. Воздействие осуществляется точечным источником, перемещаемым по прямой линии, избыточные температуры регистрируются с некоторым отставанием на той же линии и на параллельной ей. Точки регистрации выбирают так, чтобы обеспечить регистрацию заданных значений избыточных температур. Наиболее эффективным является задание двух избыточных температур на одном и том же уровне. Адаптационный поиск точек излучения температур в соответствии с заданием их уровня позволяет повысить точность измерений и расширить функциональные возможности способа по сравнению с известными способами вследствие оптимизации значений регистрируемых величин. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

вается таким образом, чтобы с помощью 45 ческими решениями увеличить точность

используемой контрольно-измерительной аппаратуры ее можно было бы измерить с заданной погрешностью; Т(х) - избыточная температура в точке контроля4, К - коэффициент пропорциональности. Разностный сигнал &Т(х) с выхода вычитающего устройства 4 через усилитель 6 мощности поступает на реверсивный двигатель 7, который в зависимости от знака и величины рассогласования перемещает в ту или иную сторону (в сторону уменьшения или увеличения расстояния между термоприемником и источником) термоприем0

5

измерений, расширить функциональные возможности способа, в частности за счет расширения класса испытуемых материалов.

Наиболее полное использование положительного эффекта способа, обусловленного адаптационным поиском оптимального значения регистрируемой величины, достигается при выборе значений избыточных температур, регистрируемых на линии движения и на параллельной ей линии равными между собой. Этим обеспечивается возможность выбора на оптимальном уровне избыточных

температур на двух линиях регистрации. В этом случае расчетные формулы имеют следующий вид:

J

21 ТХ

;

где ft

q

т X а ) а 2 In(X/R)

-теплопроводность, Вт/(м-К);

-мощность, подводимая к образцу, Вт;

заданная избыточная температура, К;

расстояние между точкой подвода теплоты и точкой измерения температуры на линии движения, М;

температуропроводность; ft - расстояние между точкой подвода теплоты и точкой измерения избыточной температуры на линии, параллельной линии движения источника; Y - расстояние между линиями регистрации температуры. Вместо расстояния Y в расчете может быть использовано расстояние X .

При проверке работоспособности способа исследовались полубесконечные в тепловом отношении тела из полиме- тилметакрилата, кварца, текстолита, фторопласта, рипора и т.д. В качестве источника тепловой энергии использовался сфокусированный луч лазера ИЛГН-704 с регулируемой в диапазоне 20-50 Вт мощностью, в качестве термоприемника использовался бесконтактный датчик, регистрирующий температуру нагретой поверхности по электромагнитному излучению типа МГ-30. Скорость движения источника и термоприемника относительно исследуемых об--, разцов бралась равной от 2ilO до

, расстояние между параллельными линиями движения источника энергии брались равными м. Значения избыточных температур устанавливались равными 10 К. В качестве микропроцессорной системы для расчета искомых теплофизических свойств и управления экспериментом

использовалась ЭВМ Электроника МК-64,

Предлагаемый способ может быть использован при производстве полимерных материалов, в строительной

5 и химической промышленности.

Формула изобретения i

0 измерения температур и по полученным данным определяют искомые величины, , отличающий ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, задают значения избыточных температур и достигают этих значений варьированием положения точек измерения температуры относительно точки подвода теплоты.

0 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что значения избыточных температур задают равными между собой.

0

5

5