Устройство для бесконтактного теплового неразрушающего контроля Советский патент 1980 года по МПК G01N25/72 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ТЕПЛОВОГО НБР АЗРУШАИЦ ЕГО КОНТРОЛЯ превышающей окружающую, требуется ёлёктрйчёский нагрёватёлБШщностью ие сколькб сотен ватт. Для соблюдениянорм безопасности слёдуёт нйгрёбагёйН ёМнаБЛЙвать на воздушной магистрали вдал:еке от места вывода нагретого воздушного потока. Од нако, при этом рйстут потери ;тепл1а на участке между местом нагрева и местом потребления воздуха. Создание на этом участке адиабатного воздухопровода существенно усложняет систему контроля, ухудшает ее мобильность и тфйктически исключает возможность контроля труднодоступных участков (различного рода поЛОСТей).; : Существенным: недостатком тфименени электрического нагревателя «шляются зна чительные затраты энергии, помимо затрат на сжатие воздуха. В известном устройстве регистрация температу{5ы поверхности изделий осуществ ляется радиометром с приемником излучения в виде болометра. Известно, что такие радиометры довольно слохшы и гро моздки, так как содержат Оптическую систему, систему модуляции падающего на болометр лучистого потока, систему усиления и демодуЯйцЖй эйёКТрМШ| ЬГр /сигнала болометра, стабилизированный .блок; .питания болометре. ЭксптгуйГацйя по добны: радиометров 1В усЛЖнЙх йрегйзбод ствениого контроля представляет знадитёльные трудности: Кроме Т&ГО, наличие В радиометре движущихся элементов и системы электропигг ания требует приняти мер бшот1 сдас1й йри -контроле легковоспламеняющихся материалов. Цель предлагаемого изобретения,повышение безопасности и упрощение контроля,изделий из легковоспламеняю щй1хся 1у1атериалов путем исдлючен-ия элек трйческих цепей для нагрева ВЬздуилюго пот-ока и для питания радиометрической аппаратуры. ...,; .,,.:„,. Для э-гогЬ устройство выполнено в виде вихревой трубы, горячий конеп кото рой служит источником локального тепло вого возбувдёния контролируемого объек та, а холодцый конец- теплоотводом для укрепленного на нем приемника йзлучен1яя, Все это позволяет получить ряд дЬ полнитёльных преимущест в: а) уменьшение габаритов за счет исключения цепей нагрева и электропитания .аппаратуры, а также за счет совме1ден.ия в одном узле наг|эевающей .и йзйёрзй-ель ной частей устройства; б)повышение, экотомичности за счет исключения затрат электрической энергии на нагрев воздушного потока; в)уменьшение потерь энергии на участке между нагревателем и местом теплового возбуждения за ст1ет нагрева воздушного потока вихревой, трубой непосредственно в месте его потребления;г) утилизация холодной составляющей воздушного потока, не используемой для теплового возбуждения объекта, путем обеспечения необходимого для нормальной работы термобатарейного, преобразователя температурного режима. На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства. . . Устройство состоит из корпуса 1, к которому через штуцер 2 подводится сжатый воздух от магистрали 3..В полости корпуса 1 укрепляетсяга:йкой 4отбортованная труба 5, улитка 6 с внутренней поверхностью, построенной по сшфали Архимеда, диафрагма 7 и патрубок 8 для отвода холодного воздуха. К корпусу 1 крепится теплоотвод5пций стакан 9, на торце которого укрёплены термобатарейный преобразователь 10 и охранное кольцо 11 для защиты преобразоват ега от Воздействия мешающих конвективных потоков. На другом конце трубки 5 укреплено сопло 12, направляюпГее горйчий воздушный поток на поверхHOCTfcизделия 13. Вдоль оси трубки 5 с возможностью перемещения установлен дроЬбейьный вентиль 14, имеющий на конце четьфехлопастную крестовину 15. Устройство крепится трубкой 5 на основании 16, которое посредством рукоятки 17 прижимается к поверхности изделия 13 в случае использования устройс.тва для определения глубины залегания дефекта. При сканирукяцем контроле устройство устанавливается на тележку, перемодающуюся по поверхности изделия (на чертеже не показана). Попадая в улитку 6, воздушный поток приобретает интенсивное круговое враще-. ние. Под действием газодинамических .процессов происходит перераспределение . энергии воздушного потока. Периферийные слой (показаны стрелками) движутся вдоль трубки 5, подогреваются и вытекают через дроссельный вентиль 14 в сопло 12. Приосевые слои воздушного потока охлаждаются и, двигаясь противоТОКОЛ4 от вентиля 14, выводятся через диафрагму 7 и патрубок 8 в стакай 9. Крестовина 15 усиливает температурный эффект вихревой трубы. Меняя положение вентиля 14, можно изменять расходы и температуры холодного и горячего . Для tioHiDKeHHa температуры холодного потока необходимо расход холодного нотока (открыть шире вентиль 14), Для noBbiiuemfel температуры горячего потока наоборот, вентиль 14 прикрьгеается. Холодный поток, выходящий из патруб ка 8, омывает, дно стакана 9, вьтолненного из высокотеплопроводного матёр1гйл например, меди, и выводится через верстие па противоположном торде стакана. На охлаждаемом торце стакана 9 на внешней стороне укреплен высокочубс вительный теплометрический термобатарейный преобразователь .с вспомогательной стенкой 10. Чувствительные спаи преобразователя, которых содержится около 2400 в объеме 0,3 см, расположены на параллельных поверхностях. При чем нерабочие спаи контактируют . со ста каном 9, в результате чего их темпера тура в процессе контроля поддерживается постоянной. Рабочие спаи подвергаются воздействию теплового потока с нагрето поверхностью изделия, обусловленному радиационной и кондуктивной составляющими теплообмена через тонкую воздушную прослойку, обеспечивающую бесконтактнОсть контроля., Такой приемник наиболее целесообразен для предлагаемого устройства, так как не требует источников питания, отли чается высокой, чувствительностью, стабильностью в работе и механической про ностью. Методика определения глубины залега ния дефектов предлагаемы 1 устройством заключается в следующем. Устройство после подачи сжатого воздуха некоторое время выдерживают при выбранных расходах горячего и холодного воздуха с целью стабилизации температурного режима. Затем основанием 16 устройство прижимают к поверх ности изделия 13 над местом расположения предварительного обнаруженного дефекта и начинают отсчет времени с одновременной регистрацией термоэдс, вырабатываемой преобразователем 10. Возбуждаемый в изделии горячим воздуш ным потоком теплового потока в виде ступеньки, распространяется радиально в пределах полупространства. Так как де фект является термическим сопротивлением на пути теплового потока, над дефектным участком аккумулируется дополйй тельное по отношению к бездефектному участку тепло. От величины и скорости прироста тепла, зависящего от толщ1шы слоя материала пад дефектом, зависит крутизна и амплитуда кривых, получаемых в результате записи на вторичном приборе сигнала, вырабатываемого, теплометрическИм преобразователем. Сопоставляя полученные кривые с градуировочными кривыми, снятыми при измерениях на эталонных образцах, находят глубину залегания дефекта. Методика обнаружения дефектов с помощью предлагаемого устройства отличается от описанногопроцесса тем, что устройство с заданной скоростью сканирует вдоль издёлийпб заданпой траектории. При этом вторичном приборе получают записи в виде: теплограмм, выбросы на которых относительно среднего , уровня флуктуации характеризуют наличие приповерхностных дефек7ов. Основной положительный эффект от применения заявляемого устройства заключается в том, что оно обеспечивает полностью безопасный (с точки зрения норм электрозащиты) контроль изделий из легковоспЛамёНяю1ййхЬя К1атёриал;об. При его использовании нагрев осуществляется тепловой энергие й, выделяющейся при завихрении воздушного потока. Единственным электрическим источником в устройстве является термобатарейный преобразователь, однако, мощность вьфабатываемого им электрического сигнала в тысячи, раз меньше предельно допустимой. Для приведения в действие .заявляемого устройства требуется лиигь сжатый воздух, установки для получення которого ш.Геются в настоятцее время на любом промышленном предприятии. .. Исключение кабельных силовых линий и мощгтых электрических нагревателей существенно упрощает систему сонтроля. Повышается экономиедость контроля за счет исключения затрат электрической . энергии на нагрев воздушного потока. Нормальная. работа термобатарейных преобразователей с вспомогательной стенкой обеспечивается обычно при наличии системы теплоотвода. Положителышгм эффектом является утилизация в устройстве для теплового неразрушающего контроля холодной составляющей воздушного пото- ка, которая в противном случае рассеивалась бы впустую. Предлагаемое рещение позволило совместить в одном усТрюйстве функциональные признаки в общем различных по на