Способ определения теплофизических свойств материалов Советский патент 1976 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к из мерению тенлофизических свойств твердых материалов и изделий и может быть яслользовано для контроля тепловых свойств многослойных изделнй.

Известен способ определения теплопроводности, заключающийся в электронном нагреве образца, измерении теплового потока и температур Об:разца. Причем, температуру образца определяют при этом оптическим пирометром в специально вылолненпых в образце пиро.метричеоких каналах 1.

Известен также способ измерепия теплофизических свойств материалов, например температуропроводности твердых .материалов, заключающийся в нагреве образца электронной бомбардировкой, созда-нии в .нем плоской температурной волны, регистрации периодического изменения во времени теплового потока и температуры поверхности образца 2.

Однако .известный способ не .применим для определения теплофизиче.оких свойств многослойных -материалов и изделий. Кроме того, как следствие, он ие предусмотрен для опреде.ления теплопроводности тонких слоев многослойных материалов и изделий.

Целью изобретения является перазрушающее определение теплофизических свойств от.дельных многослойных материалов.

Это достигается тем, что по предлагаемому сиособу в процессе измерений изменяют величину .сдвига фаз теплового потока .и при каждом фиксированном значении сдвига фаз измеряют частоту и амплитуду колебаний теплового пото.ка за образцом, причем количество фиксированных значений сдвига фаз выбирают равным числу слоев материала с различными теплоф.изическими свойствами, а по измеренным частотам и амплитудам колебаний расчетным путем определяют теплофизичесмне свойства.

Измерение частот и амплитуд колебаний при несколькп.х различных значениях сдвига фаз позволяет составить необходимое число уравнений с соответствующие числом неизвестных. Решение этих уравнений дает возможность определить как теплофизические свойства отдельных слоев, та-к и эффективную теплопроводность изделия в целом.

Пример. Образец в в.иде трехслойной тонкостенной трубы ( лш, мм), в которой наружный и внутренний слои одинаковые (Мо), а внутренний - керамика (), установлен симметрично относительно нагревателя, расположенного внутри образца. Нагреватель выполнен из вольфрамовой нити. Подавая на нить переменное напряжение, создают в образце температурную 1волну с определенной частотой и амплитудой колебания. Так как в данном случае изде.тае представляет собой трехслойную трубу, в которой два слоя имеют одинаяювьге теплофизические свойства, то необходимы измерения .при двух различных значениях сдвига фаз.

Ненооредственно в опыте при двух значениях сдвига фаз ф 120° и ф2 180° измеряют частоты колебаний ui 7 Гц и со2 24А{ с помощью генератора ГЗ-39. Фазочувствитель;ным вольтметром определяют величины амплитуд колебаний, соответствующие указанным величинам сдвига фаз, значения амплитуд колебаний нолучены равными Л1 4,8° и . Затем, иодставляя числовые значения указанных величин, а также плотности материалов и толщин слоев образца в решаемую на ЭВМ систему уравнений вида:

Хо

h

123

Г u)7

X,

а..,

1

Jh со/

А;

р с г г

1 Pl-l /21

X Хч )/

Ui

1, 2, 3.

получают значения теплогароводности молибдена .при Т 500° К, равной Xi 155 Вт/жХ Хград; Ср 2бО Дж/кг град, те-нлонроводность ере.днего слоя 2 2,2 Вт/м град и теплоемкость Ср 1100 Дж/кг град.

Далее по формуле K aCf или а

ь,T находим значения теплопроводности.

При реализации да.нного способа допустимо иодводить пер1еменнь й тепловой ноток к образцу как косвенно, так и за счет нелосредсгвэнного контакта, т. е. прямым нронусканием тока через 1металлические слои. Погрешность способа составляет не более 15%.

Формула изобретения

Способ определения теплофизических свойств материалов, заключающийся в нагреве образца неременным тепловы.м нотокол, отличающийся тем, что, с-целью неразрушающего определения тенлофизнческих

свойств отдельных слоев многослойных л-гатериалов, в процессе измерений изменяют величину сдвига фаз теплового нотока и при каждом фиксированном значении -сдвига фаз измеряют частоту и амплитуду колебаний теплового потока за образцом, причем количество фиксированных значений .сдвига фаз выбирают равным числу слоев материала с различными тенлофизичеокими свойствами, а но измеренным частотам и амплитудам колебаНИИ расчетным .путем определяют теплофиЗИчеокие свойства материала.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе:

1. Д. Л. Тимрот, В. Э. Пелецкий. «ТВТ, т. 3, Afb2, €тр. 223, 1965 г.

2. Л. П. Филиппов. «Пзмерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. М. 1967 г., стр. 132 (прототип).