Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения тепло- и температуропроводности материалов неразрушающим методом.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже дана схема для реализации предлагаемого способа.

На плоской поверхности полубесконечного в тепловом отношении материала устанавливают импульсный источник 1 тепла и датчик температуры с тремя термопарами 2, расположенными по перпендикуляру к линейному источнику тепла на поверхности исследуемого материала 3.

После подачи теплового импульса на источник тепла включают в работу следящую систему (не показана), подключенную к трем термопарам, и регистрируют момент времени, при котором температура в дополнительной точке (Т2) достигает своего максимального значения. В этот момент измеряют температуру в первой (Ti) и третьей ) точках и используют эти значения уже для расчета тепло- и температуропроводности.

Формулы для расчета указанных характеристик получены из решения уравнения теплопроводности при действии импульсного линейного источника тепла на поверхности полуограниченного в тепловом отношении материала:

(bf

Т lt-. 0:(2)

О CJ

ел о

|Ю Ю

, ЭТ fQd(t)npMx O,Z 0; 10 ,

31 i

TJX

при: 0

где Т - температура; X,Z,Y - координаты; т- время;

аД- коэффициенты температуропроводности и теплопроводности;

Q - количество тепла, выделяемое с единицы длины линейного источника тепла в единицу времени;

д (т) - единица времени (дельта-функция).

Решение системы уравнений (1)-(4) Для поверхности тела () имеет вид

Т(Х- ) (-Та ® Отсюда в момент времени измерения (г Гизм) температур при условии достижения в J2 максимальной температуры

Т2 макс,(6)

получают

Ti ехр(

ТГАТиэм

.-XL.V 4а Гиэм

тQf ХЗ ч.

12 2тгАгизмеХр1

-г Qг Х§ ч

3-2лАгизмеХр(.

Используя выражение (7) для вычисле ния соотношений Ti/T2; Ti/Тз и Т2/Тз. по лучают зависимость для расчета а и А иссле дуемого материала

хЗ-х2

4 Тизм In ()

(8)

Т2

ехр(X2

4агИЗм

), W

(А 170;

Вт

а 5,8 10

-5М2,

с

0

м К

В момент достижения вточкеХз максимального значения температуры расчетная величина температуропроводности составляет 5,8228 хЮ м /с. Для моментов времени до и после достижения в точке Х2 максимального значения температуры расчетные значения температуропроводности соответственно составляют

5,843 10 5м2/си5,945 .

Наличие оптимального времени измерения температуры (при Т2 макс), соответс ствующего минимальному значению погрешности определения искомых характеристик, связано с наибольшим тепловым откликом зоны исследуемого материала, в которой расположены точки измерения темQ пературы материала.

Использование данного изобретения позволяет повысить точность определения тепло- и температуропроводности материалов 5 неразрушающим методом.

Формула изобретения Способ комплексного определения теп- лофизических характеристик материалов, включающий нагрев плоской поверхности ма- Q териала линейным импульсным источником тепла постоянной мощности, измерение в заданный момент времени температуры в двух точках, расположенных по перпендикуляру к линейному импульсному источнику тепла, и

с последующий расчет искомых характеристик, э

отличающийся тем. что, с целью повышения точности, измеряют температуру в дополнительной точке, расположенной между двумя первыми точками, температуру Q в которых регистрируют в момент достижения максимальной температуры в дополнительной точке, а искомые характеристики определяют по формулам:

х5-х

5

а

4 Тизм In ()

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения тепло- и температуропроводности материалов неразрушающим методом. Цель изобретения - повышение точности. На плоской поверхности исследуемого материала устанавливают линейный источник тепла. После подачи теплового импульса замеряют температуру в трех точках, расположенных по перпендикуляру к линейному источнику тепла. Причем измерение температур осуществляют в момент достижения в средней точке максимального значения температуры 1 ил. Ё

где Xi, X2, Хз - координаты расположения термопар на поверхности материала.

Формула (9) получена из второго равенства (7).

Для подтверждения положительного эффекта от использования изобретения проведен параметрический расчет теплового состояния исследуемого материала при заданных значениях теплопроводности и температуропроводности материала

0

5

А 0/(2л:гиэм Т2) ехр (-Х2/4а гИЗм) ,

где аД - соответственно температуропроводность и теплопроводность исследуемого материала;

Х1,Х2,Хз - координаты точек, в которых измеряется температура;

Т1.Т2,Тз - измеренные значения температур в точках Х1,Х2.Хз;

изм время достижения максимального значения температуры в дополнительной точке Х2;

Q - количество тепла, выделяемого с единицы длины линейного источника тепла.