Способ определения температуропроводности материалов

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технической физике и решает задачу определения температуропроводности твердых тел, а также неразрушающего контроля образцов. Цель изобретения - упрощение способа и повышение производительности. Для этого нагревают исследуемые образцы точечным источником энергии, измеряет тепловое .излучение от поверхностей образцов датчиеской и оп твер щего иалов относится к технич ыть использовано и физических свойств е для нераэрушаю ого контроля матер упрощение способа ительности.ена схема устройстдлагаемый способ; на турного профиля.иэ подвижной платриводом 2 платфорсточника 3 тепловой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Свердловский инжский институт(56) Авторское свидетелЬВ 1226235, кл. 6 01 й 2Авторское свидетелкл. О 01 й 25/18, 1982. Изобретение физике и может б ределении тепло дых тел, а такж активного теплов и иэделий. Цель изобретения -и повышение производ На фиг.1 представл ва, реализующего пре фиг.2 - график темпера Устройство состоит Формы 1, связанной с и мы,сосредоточенного иком температуры при относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного источником энергии, сканируют тепловое излучение от поверхостей исследуемых образцов датчиком температуры со сканирующей системой по прямой, пересекающей линию нагрева на Фиксированном расстоянии от точки нагрева под прямым углом, измеряют амплитуды импульсных сигналов датчика, возникающих при сканировании, дополнительно измеряют расстояние между точкой нагрева и линией сканирования, скорость .перемещения точечного источника тепловой энергии относительно образцов, опре-.деляют зависимость между координатой Я;., точки визирования и Фазой колебания сканирующей системы, измеряют длительность импульсных сигналов датчика температуры на уровне, составляющем фиксированную часть от амплитуды импульсных сигналов, после чего определяют температуропроводность. 2 ил,вай энергии, радиометра 4, снабженного сканирующей системой 5. Выход радиометра 4 соединен последовательно с усилителем б, амплитудным детектором 7, Выход амплитудного детектора 7 соединен через делижль 8 напряжения с одним из входов компаратора 9, с вторым входом которого соединен выход усилителя 6. Выход компаратора подсоединен к входу измерителя 10 длительности прямоугольных импульсов, к выходу которого подсоединен регистратор 1 1. Подвижная платформа 1 представляет обой прямоугольную пластину, расположенную на двух параллельных направляющих, В пластине имеется прямоугольное окно, обеспечивающее нагрев и измерение температуры нижних поверхностей исследуемых образцов 12, располагаемых на платформе 1. Привод 2 платформы представляет собой электрический реверсивный двигатель со схемой управления, обеспечива)ощей через винтовую передачу перемещение платформы в двух направлениях со скоростью 1 - 10 мм/с.Способ осуществляют следующим образом,Измеряют скорость перемещения подвижной платфоомы Ч, расстояние между точкой нагрева и линией сканирования Хо.Исследуемые образцы 12 располагают на подвижной платформе и вкл)очают привод 2 платформы, При перемещении, платформы происходят нагрев образцов сосредоточенным источником 3 тепла и измерение теплового излучения по линии, перпендикулярной линии нагрева, с помощью радиометра 4 со сканирующей системой 5. На выходе радиометра 4 фОрмируется периодическая последовательность импульсных сигналов, Усиленный усилителем 6 сигнал попадает на амплитудный детектор 7, формирующий постоянное (иИи медленно меняющееся) напряжение, равное амплитуде Чмакс, которое через делитель 8 напряжения с коэффициентом гг=(0,5 подается на один из входов компаратора 9. На второй вход компаратора 9 поступает напряжение с выхода усилителя 6, Компаратор 9 сравнивает эти два напряжения и формирует импульсы, длительность положительной части которых равна длительности импульсов с выхода усилителя 6 на половине их высоты. Измеритель 10 дл)тельности прямоугольных импульсов, представляющий в данной схеме параметрический стабилизатор амплитуды импульсов и сглаживающий фильтр, преобразует длительность импульсов в постоянное (или медлен но меняющееся) на и рякение, которое регистрируется самопишущим регистратором 11.На основании записанного на диаграммной ленте регистратора 11 значения напряжения измеряют длительность импульсов на половине их высоты и по этой длительности определяют ширину Л у температурного профиля науровне вотмаксимального значения температуры, а температуропроводность рассчитывают по формуле, полученной на основании решения уравнения теплопроводности при условии нагрева полубесконечного твердого тела подвижным точечным источникомэнергии постоянной мощности(ф ( ь /2 хо)га:чх,ЪВв(м/(/ /вц// х,/где а - температуропроводность,Известно, что при нагреве поверхностиполубесконечного тела точечным источни ком теплаизбыточнаятемпература Овточке поверхности тела с координатами (х, у) в системе координат с центром в точке нагрева и осью Х, направленной по вектору скорости Ч, определяется формулой 15В(в,у): в(, - "(Р 7 (/1, ) где ц - мощность точечного источника тепла;20 Л - теплопроводность;Ч - скорость перемещения.Если точку измерения температуры перемещать по прямой линии, пересекающейлинию нагрева под прямым углом на рассто янии Хо от точки нагрева, то зависимостьизбыточной температуры от координатыбудет иметь вид, приведенный на фиг,2.Максимальное значение Омакс избыточной температуры наблюдается на оси х;30Вмакс = р-+- . (2)Если провести прямую линию на уровнеО=Оакс сг, (в 1), то она пересечети рофил ь избыточной температуры в точках+угу, - ув (фиг,2.), В этих точках должновыполняться условиеО(хо в ях) =вгОмакс (3)С учетом (1) отсюда можно получитьуравнениеовР(вв( "фВм ф /Вв(4)гМ хгрешая которое, можно получить указанную формулу для определения температуропров водн Ости,При постоянных значениях хо, Ча и длительности импульсов на фиксированном уровне от амплитуды шкалу регистратора 11 можно непосредственно проградуировать в единицах температуропроводности.Формула изобретения Способ определения температуропроводности материалов, включающий нагрев исследуемого образца точечным источником тепловой энергии, измерение теплового излучения от образца датчиком температуры, жестко связанным с источником, при относительном перемещении образца и датчика с источником излучения с1695203 Составитель Н.Грищенкоедактор А.Лежнина Техред М,Моргентал Кор С.Шевкун Заказ 4158 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 СССР тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарин оизводственнопостоянной скоростью путем сканирования датчиком поверхности образца по линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом на фиксированном расстоянииотточкинагрева, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения производительности, сканирование проводят периодически, измеряют длительность возникающих импульсных сигналов датчика температуры на уровне, составляющем фиксированную часть от амплитуды импульсных сигналов, после чего температуропроводность определяют по формуле12 4 г.1 ЬЦ/2 хо)га:чх,еиб (ьув,Ргде а - температуропроводность;Ч - скорость перемещения точечного5 источника энергии относительно образцов;хо - расстояние между точкой нагрева илинией сканирования;а - относительный уровень, на которомизмеряется длительность импульса;10 Ь у - ширина температурного профиляна уровне и от максимального значениятемпературы, определяемая по измереннойдлительности импульсных сигналов датчика на этом уровне,д