Способ неразрушающего контроля теплопроводности и температуропроводности материалов

(22) Заявлено 310881 (21) 3351968/18-25 1 И 1 М Кй з 6 01 М 25/18 с присоединением заявки МоГосударственный комнтет СССР но ведам нзобретеннй н откратнй(0888) Дата опубликования описания 150383 И.л.велел, В,и.курелие, И.С.Плат ф Ещарриегарье 1ащ еЛенинградский технологический институт ,.холодильной промыаленности(54) СПОСОБ НЕРАЗРУШИОЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ20 Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может бытьиспользовано при исследовании теплопроводности . и температуропровод ности а теплонагруженных строитель" ных конструкций и обЪектов холодной техники.Известен способт согласно которому для измерения теплопроводности на 10 плоском участке исследуемого тела размещают зонд в виде пластины с точечным нагревателем на контактной поверхности. О величине теплопроводности судят по времени наступления максимальной температуры на расстоя. нии 4 мм от нагревателя. Зонд градуируется на наборе образцовых материалов 1).Недостатком известного способа является предположение о равномерности начального температурного поля в материале, поэтому он не может применяться для исследования теплонагруженных конструкций. Кроме того, способ характеризуется необходимостью градуировки устройства на наборе образцовЫх,мер теплопроводности.Известен также способ комплексного определения теплопроводностии температуропроводности а материалов, основанный на закономерностях распространения тепла от линейноГо импульсного источника на поверхности исследуемого тела, согласно кото" рому измеряют время наступления н амплитуду пика температурного возмущения на поверхности исследуемого тела на Фиксированном расстоянии от нагревателя с последующим расчетом величин . и О по известным формулам( 2) .Однако способ не применим к исследованию материалов с градиентом температуры в направлении, перпейдикулярном поверхности. Кроме того, предположение об адиабатизации поверхности тела, положенное в основу вывода расчетных формул, исключает возможность применения данного метода к исследованию эффективных теплоиэоляторов.Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего конт-. роля теплопроводности и температуропроводности при наличии в них градиента температуры в направлении, перпендикулярном поверхности, заключающийся в поддержании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева от 1004843носительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в тело через площадку 3.Однако величины теплопроводности и температуропроводности вычисляют по наблюдаемым в опыте значениям теплового потока и температуры в центре нагревателя на основании заранее составленных таблиц. Теоретическая модель метода предполагает равномерность температурных полей в исследуемом теле и эталоне и делает невозможным исследование материала с градиентом температуры в направлении, перпендикулярном поверх ности,Целью изобретения является повышение точности измерения теплопроводности и температуропроводности материалов за счет учета теплового Щ потока, поступающего из материала.Цель достигается тем, что согласно способу. контроля теплопроводности материалов, заключающемуся в поддержании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в те-ло через площадку, дополнительно проводят измерение тепловой энергии через интервал времени 30-40 мин с температурами перегрева, отношение которых составляет 1,5-2, и по 35 результатам обоих измерений контролируют необходимые параметры.Сущность способа заключается в следующем. 4 ОИсследуемый материал рассматривается как полуограниченный массив с постоянными теплофизическими характеристиками ). и б . Начальное температурное поле То = Ь 2 , где Ь - 4 градиент температуры в направлении, перпендикулярном поверхности (К/м), ось Е имеет ноль на поверхности тела и направлена вглубь материала. Начиная с момента времени Г = О, на круговой области радиусана поверхности тела Х = 0 скачком поднимается и поддерживается постоянная температура ТК. При этом, если теплообменом с части поверхности материала 2= 0,.1" можно пренебречь по сравнению с энергией, поступающей в материал через контактное пятно Г Г , то энергия может быть найдена по известной формуле.Зависимость поправки на температурный градиент вдоль оси 7 от величины перегрева Т позволяет исключить ее влияние на результат измерения теплопроводности ) , Действительно, проводя опыты при двух эначени- я ях перегрева Т к , получим соответ,ственно два значения У(0)Ър.О)=Л-А 4, .Г Ь3,0) А А Г т 1Ж Фй) Исключив Ь из системы 1) и (2 получим расчетную формулу методаХ=1 О)+ " Ь(О 1-Ч (О)3, Р)К 1 КНаклон прямой 1 Я) определяется комплексом Ща и, следовательно, позволяет рассчитать величину темпераЬуропроводности О44 о Рс- тсгде 3 ь=Ь д 1Выбор температур перегрева ТКи ТК может быть сделан на основании следующих соображений, Предположение о постоянстве коэффициентов переносаи О, как показывает опыт, ограничивает величину перегрева в пределах 10-15 К. Из (3) видно, что точность учета поправки на градиент температуры тем выше, чем больше разность ТК- ТК С ДРУгой стоРоны, так как величина Ткограничена, то увеличение разности ТК - Т может быть достигнуто лишь за счет снижения величины перегрева ТК. Однако такое снижение приводит к снижению точности измерения величин Тк и0), Опыты показывают, что оптимальным является отношение Т /Т - 1,5+2.Возможность учета Температурного градиента при ТК = 0 можно получить из соотношенияО=-,Цз- . (4)Знак "минус" в формуле(4)показывает, что энергия поступает через контактную площадку от тела в термозонд, поддержающий требуемые граничные условия на поверхности. Сопоставление соотношений (1) и (4) позволяет получить расчетные формулы для искомых характеристик.,; и О . Однако практическое осуществление такого режима нецелесообразно, так как приведение измерительного зонда в состояние с Т = О, т.е. в состояание с температурой, равной начальной температуре материала, требует создания громоздкой системы регулирования температуры и приводит к существенному возрастанию времени опыта. ормула изобретенияСпособ неразрушающего контроля теплопроводности и температуропровод1004843 Составитель А.ПлатоваТехред К, Мыцьо КорректорГ. Огар Редактор М. Бандура Тираж 871 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1872/54 Филиал ППП фПатентф, г, ужгород, ул. Проектная, 4 ности материалов, заключающийся вподдержании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерениитепловой энергии, поступающей в тело через площадку, о т л ич а ю щ и. й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений эасчет учета теплового потока, поступающего из материала, дополнительно 0проводят измерение тепловой энергиичерез интервал времени 30-40 мин стемпературами перегрева, отношениекоторых составляет 1,5-2 и по результатам обоих измерений контролируют не 45обходимые параметры. Источники инФормации.принятые во внимание при экспертизе1, Рыбаков В.И., Матвеев Ю,А и др. Прибор с точечным нагревателем для определения коэфФициентов теплопроводности иэотропных материалов. Научные труды НИИМОССТРОЯ. Вып.б, М., 19692. Фомин С,Л., Петров О.А.и др. Расчет конструкций подземных сооружений. Сборник, Киев фБудивельникф, 1976, с, 66"71.3. Серых Г.М., Гергесов Б.А.Изв высш,учеб.заведений. Пищевая техйология, 1976, 9 2, с.162-163 (прототип) .