Способ неразрушающего контроля теплопроводности материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к способам тепловых испытаний, а именно к способам измерений теплофизических свойств материалов.

Цель изобретения - повышение точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании.

При испытаниях используется пластина из материала с известными свойствами, контактирующая с поверхностью испытуемого покрытия.

На чертеже представлено взаимное расположение объекта исследования и пластины, а также измерительных преобразователей.

На чертеже представлены пластина 1, объект 2 испытания, покрытие на металлическом основании, прижимное кольцо 3, нагреватели 4 и 5 поверхностной пластины, измеритель 6 температуры контактной поверхности пластин, измеритель 7 температуры внешней поверхности пластины, регулятор 8 температуры поверхности пластины, выход которого подключен к нагревателю 5 , а входы - к Измерителям 6 и 7 температурь и импульсный источник 9 питания, подключенный к нагревателю 5.

Способ реализуется следующим образом.

сл

&

ьэ

Јь

Пластина 1 устанавливается на контролируемый участок поверхности изделия . Плотное прилегание пластины к поверхности покрытия обеспечивается кольцом 3. По команде оператора источник 9 выделяет калиброванный импульс энергии на нагревателе 5. Одновременно начинает работать контур регулирования температуры внешней по- верхности пластины, включающий регулятор 8, нагреватель 4 и термометры 6 и 7. Температура контактной поверхности пластины 1 измеряется термометром. 6 через фиксированный интер- вал времени начиная с момента включения источника 9.

Температура внешней поверхности пластины регулируется по закону

т.СО тв + (и) -TJ.

где Т с - начальная температура;

Ј - время от момента теплового импульса;. г - радиус кривизны контактной

поверхности; - толщина покрытия, . k - температура контактной поверхности.

По данным температурных измерений пределяется темп охлаждения пластиы

1«Ш

rf

Т.

In

m

IjsLS-± Ј)

df

где д (, - интервал времени, используемый для вычисления т, . Момент регуляризации теплового режима Ср устанавливается как начало постоянного значения темпа охлаждения.

Теплопроводность покрытия рассчиты-; вается по формуле

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании. Свободную поверхность покрытия приводят в тепловой контакт со слоем материала с известной теплопроводностью. В плоскости контакта импульсно выделяют тепловую мощность. Далее регистрируют изменение температуры поверхности контакта. При этом температуру поверхности изменяют по закону, учитывающему толщину покрытия, радиус его кривизны и текущую температуру поверхности контакта. После регуляризации теплового режима вычисляют искомую величину. Повышение точности достигается учетом (при заданных тепловых условиях) неоднородности теплопроводности покрытия по его толщине, а также учетом его кривизны. Вычисляемая величина теплопроводности является эффективной - усредненной по толщине покрытия. 1 ил.

.где г„.- радиус кривизны контактной

поверхности;

W - плотность тепловой энергии, выделенной импульсным источником.

Повышение точности достигается за счет того, что при описанных граничных условиях учитывается интегральное по толщине (эффективное) значение теплопроводности, а также за счет возможности учета кривизны поверхности покрытия.

Способ реализован в устройстве основным элементом которого является пластина из термостойкой резины толщиной 3 мм. Прижим пластины к сферической поверхности осуществляется с помощью кольца из винипласта диаметром 200 мм. С обоих сторон пластины наклеены нагреватели, выполненные по тонкопленочной технологии. Требуемая одномерность температурного поля в контролируемом изделии достигается путем выделения на контактной поверхности пластины центральной зоны с диаметром, в пять раз меньшим диаметра прижимного кольца. Для измерения температуры центральной и периферийной зон используются платиновые пленочные термометры сопротивления типа ИС-567.

0

5

0

5

0

5

Способ апробирован на образцах покрытий на сферических сегментах радиусом rk 1,0-1,6 м. Толщина покрытия кз пенопласта ППУ 305А и пластика СТ варьировалась от 5 до 25 мм. Величина плотности тепловой мощности составляла 3-2510 Бт/мг. Время тепловыделения составляло 2 с. При этом на нагревателе выделялась удельная джоулева теплота W 6,5-103 кДж/м7. При указанных параметрах перегрев контактной поверхности не превышал 15К, что остается верным для всего класса теплоизоляционных материалов с Л 0,2 Вт/(м«К). Вычисление темпа охлаждения проводилось в течение всего опыта. Значение последующего темпа охлаждения сравнивалось с предыдущим. Опыт заканчивался при относительном изменении темпа охлаждения за промежуток времени дЈ 10 с менее 1%. Величина темпа охлаждения при исследовании слоев ППУ 305А толщиной 20-10 3м составляла -3-10 4 с Время регуляризации температурного поля Ј зависит от толщины исследуемого материала. Для слоев теплоизоляции толщиной до 25 мм -С оно не Превосходило 30 мин Р

Закон регулирования температуры обеспечивается с помощью прецизионного электронного регулятора, реализующего ПИД-закон регулирования. Необходимое .смещение уровня регулирования относительно температуры контактной поверхности пластины задается аппарат- но с использованием известных элект - ронных устройств цифроаналоговой обработки сигнала. Сигналы измерительных преобразователей температуры усиливаются в блоке прецизионных усилителей .

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля теплопроводности материалов, заключающийся в том, что свободный участок поверхности материала приводят в тепловой контакт со слоем материала

А МГм9-;;йТ;12

m

lnьш

„-bLiiaCI

д€

Т6 - температура внешней поверхности слоя;

Ј - время;

Т0 - начальная температура;

г - радиус кривизны контактной поверхности;

Л - искомая теплопроводность материала покрытия;

известной теплопроводности, в плоскости контакта импульсно выделяют тепловую мощность и измеряют изменение температуры во времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском или сферическом высокотеплопроводном основании, дополнительно регистрируют температурно-временную зависимость контактной поверхности материалов и определяют момент регуляризации этой зависимости, темпера- туру внешней поверхности слоя задают соотношением

Т6(О

+ (С) -Т.

r-J

а искомую величину вычисляют по фор- 20 мулам:

Пд

5

0

5

J1

тк

W

An

,

m .лЈтолщина слоя покрытия; температура контактной поверхности слоя; плотность энергии теплового импульса;

теплопроводность материала слоя;

момент регуляризации теплового режима; темп охлаждения; интервал времени при вычислении темпа охлаждения.

J