(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ Изобретение относится к измеритель. ной технике и может быть использовано при определении теплофизическик свойстьматериалов в широком интервале температур, в частности при воздействии ионизирующих излучений. Известен способ определения температуропроводности, основанный на измере нии изменения температуры поверхности образца с помощью термопар при создании в нем нестационарного температурного поля. Однако этот способ не позволяет проводить надежные и точные измерения в широком интервале температур из-за инерционности термопар и погрешности., обусловленной изменением поля температуры в месте заделки термопар в образец и изменением свойств материала тер мопар. . Известен способ определения температуропроводности твердых телС2, заключающийся в том, что в исследуемом образце возбуждают ультразвуковые коле МАТЕРИАЛОВ вблизи одной из резонансных частот н одновременно с этим осуществляют нестационарный нагрев поверхности образца. Изменение амплитуды колебаний, обусловленное изменением резонансной частоты образца в результате нагрева, регистрируют с помощью приборов, Haxof дят постоянную времени изменения амплитуды и по известньтм, соотношениям опре-, деляют температуропроводность образца. Недостатком способа является большая погрешность при измерениях на обраэцах материалов, обладающих большим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний, например, полимерных материалов. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений температуропроводности материалов с большим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний. Цель достигается , что исследуемый обрслаец механически соединяют с эталонным образцом с ИПВРСТНЫМК фиаи378вескими Свойствами, иаготовленным из материала с малым коэффициентом зату- хания ультразвуковых колебаний, возбуждают в системе резонансные колебания на ..частоте, вблизи которой наблю.т дается наиболее сильная зависимость ам плитуды резонанснык колебаний от часто ты, и по скорости изменения амплитуды колебаний системы, состоящей из исследуемого к эталонного , нахо- дят температуропровоцность материала }1сследуемого образца. На фиг. 1 изображена система .определения температурЬпровоцности; на фиг. 2 - резонансные кривые изменения амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения. Систему, состоящуюиз исследуемого 1 и эталонного 2 образцов, размещают между звукопроводами 3, через которые осуществляется возбуждение и регистрация колебаний. Механическое соединение образцов осуществляют с помощью пружинящего элемента 4. Нестационарное температурное поле в исследуемом образ це создают путем воздействия на его плоскую поверхность импульсного теплов го потока. Условие применимости такой схемы измерения заключается в том, чтобы вре мя переходного теплового процесса в эталонном образце было много меньще, чем время переходного теплового процесса в исследуемом образце. Постоянная времени переходного тепловогб процесса исследуемого образца определяется по формуле 1 }.- толщина исследуемого образца, ,14,. О,- температуропроводность матери ла исследуемого образца. Постоянная времени переходного Tenлового процесса эталонного рбразца определяется по формулеТ .д. , где 10л- толщина эталонного образца, 01 - температуропроводность материа ла эталонного образца. Тогда условие применимости способа можно записать в виде tr f. Такое условие можно выполнить путем выбора эталонного образца с малой толщиной (2. материала с больщим коэффициентом температуропроводности, . например из алюминия (с(,2. 8,9.10 м/ 4 Известно, что изменение температуры задней поверхности исследуемого плоского образца при импульсном тепловом воздействии на его переднюю поверхность описывается формулой 4Г со/75/1 гае, ДТ - приращение температуры задней поверхности исследуемого образца; fc - время, отсчитываемое с момента начала теплового воздействия. Поскольку тепловая постоянная времени эталонного образца существенно меньще, чем исследуемого, его температура меняется по тому же закону, что и температура задней поверхности исследуемого образца. Изменение температуры приводит к изменению параметров колебаний эталонного образца, которые измеряются в эксперименте. Пусть р - резонансная частота эталонного образца, а I - соответствующая резонансная кривая, характеризующая измененг1е амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения. При возбуждении образца на частотеfp g, вблизи которой наблюдается наиболее сильная зависимость амплитуды резонанс- ;нык колебаний от частоты, амплитуда колебаний будет равна А. Если теперь провести нагрев одной стороны образца, то в результате изменения температуры эталонного образца и соответствующего изменения модуля упругости материала резонансная частота эталонного образца изменится и станет равной некоторому новому значению рп , а соответствующая резонансная кривая будет иметь вид П.. При неизменных прочих условиях амп- литуда ; -колебаний образца примет новое значение Л2 . При правильном выборе рабочей частоты на участке, где наблюдается наиболее сильная зависимость амплигуцы резонансных колебаний от частоты, изменение амплитуды ДЛ А--А. будет линейно связано с изменением резонансной частоты эталонного образца А р - рц . В случае отклонения рабочей частоты от указанного участка связь между изменением резонансной частоты и амплитуды будет нелинейной. В свою очередь, изменение резонансной частоты эталонного образца линейно зависит от изменения температуры ЛТ, ввиду малости лТ . Поэтому изменение амплитуды колебаний эталонного образца будет происходить по такому же закону, чти и изменение Т дА - ICi Таким образом, определяя изменение во времени амплитуды ультразвуковых колебаний эталонного образца, можно рассчитывать температуропровоаность исследуемого об- разца по формуле дТдА coinst e t. Сигнал высокой частоты от генераторов -5 или 6(см. фиг. 3) частота которого измеряется частотомером 7, подает ся на пьезопреобразователь 8, где преоб разуется в меканические колебания, Чере звукопровоц 9 механические колебания передаются системе исследуемого Юн эталонного 11 образцов, механически со;единенных с помощью пружинящего элемента 12. Колебания эталонного образца через звукопровод 13 передаются пьезопреобразователю- 14, где преобразуются в электрический сигнал. Импульс- ный нагрев системы образцов осуществляют с помощью лампы-вспышки -15. Электрический сигнал с преобразователя усиливается усилителем 16, фильтруется .фильтром 17 и наблюдается на экране осциллографа 18. Низкочастотная составляющая сигнала, соответствующая процессу изменения амплитуды колебаний эталонного образца в результате нагрева выделяется с помощью детектора 19 и выводится на ленту самописца 2О. Для исключения влияния исследуемого образца на ультразвуковые колебания эталонцогЧ) образца сцепление между ними осуществ- ляют с незначительными усилиями ( Г/см2). кроме того, используют радиальные типы колебаний эталонного обр&з- ца. При указанных условиях погрешностн определения томпературопровоцности соетавляетлИзмерения, проведенные на известных образцах из резины, текстолита и фторопласта совпали с известными цанНыми в пределах погрешности измерений. Применение эталонного образца для определения температуропроводности материалов с больщим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний позволя --т повысить точность ультразвуковых измерений в 5-10 раз надежность получаемых результатов. Применение способа позволяет лрово- дить измерения температуропроводности малых образцов материала простой фор мы (пластины толщиной 2-4 мм, диаметром - О-60 мм) а различных условиях эксперимента. Формула изобретения Способ определения температуропроводности материалов путем создания, нестационарного температурного попя в иссле. дуеМом образце и измерения изменения во времени резонансной частоты и амплитуды механических колебаний образца, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повыщёния точности и Надежности изме- рений температуропроводности материалов с большим коэффициентом затухания колебаний, исследуемый образец механически соединяют с эталонным образцом с известными физическими свойствами, изготовленным из материала с малым коэф фициентом затухания колебаний, возбуждают в системе резонансные колебания на частоте, вблизи которой имеет место максимальная завГасимость амплитуды ре зонансных колебаний от частоты, и по скорости изменения амплитуды колебаний системы, состоящей из исследуемого и эталонного образцов, находят температуропровоцность материала исследуемого образца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе : 1.Петрунина ПИ. и Юрчак Р. П. Установка для измерения Температуропроводности материалов методом плоских температурных волн, ТВТ, N 3. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР N 342117, кл. Q01N 25/20, 1972 (прототип).
, i
