Способ определения температуропроводности материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ш С 01 Я 25/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУс-мЮ1 эт г эт эт Т2 БЕ гоар о г температуропробразца исслетериала;температуропроводностьэталонного образцаизбыточная предельнаятемпература эталонногообразца нагрева с перво оводностьдуемого ма эт 1 эт начальной скоростью движения источника знергии 1избыточная предельнаятемпература эталонногообразца при нагреве с измененной скоростью движения источника энергии,избыточная предельнаятемпература образца Исследуемого материала принагреве с первоначальнойскорость:о движения источника энергииизбыточная предельнаятемпература образца исследуемого материала принагреве с измененной скоТ1 обр 2 оор ростью движения источникаэнергии. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им.С.Орджоникидзе (53) 536.6(088.8)(56) 1. Попов Ю,А. и др. Обнаружение отклонений в трехслойных изделиях с использованием быстродействующего тепловизора. - "Дефектоскопия", 1975, Р б, с. 62.2, Попов Ю.А. Некоторые особенности применения активного теплового метода контроля. - "Дефектоскопия", 197, Р 2, с. 56 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев образца исследуемого материала подвижным точечным источником энергии, измерение температурного поля поверхности образца подвижным датчиком температуры, который перемещают относительно образца с одинаковой с источником энергии скоростью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения температуропроводности, последовательно нагревают эталонный и исследуемый образцы с первоначальной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры, повторно нагревают образцы тем же точечным источником энергии с измененной скоростью движения источника энергии, измеряя при этом их избыточные предельные температуры,БО 1 067419 А и по избыточным предельным температурам эталонного и исследуемого образцов, измеренным при нагреве их спервоначальной и измененной скоростью, определяют температуропроводность образца исследуемого материалапо Формулес 1 эобретенге относится к технической (ттиэике и может быть использовано при определении теплоФиэическихсвойств твердых тел,Известе способ определения тепло(тизикеских свойств материалов, заКЛЮЧдЮЩснйСЯ В тОМ, ЧтО ПОВЕРХНОСТЬтела, теплофиэические особенности которого прецстоит исследовать, нагревают в течение определенного интервала времени равномерно распределен Оным источником, а затем после выключения источника через некоторое время задержки регистрируют температурное распределение нагретой поверхности и по температурным аномалиям судят о наличии областей, отличающихсяОт соседних областей измененными теплопроводьостью и температуропроводостьюг,ОДако еобходимость строгого вы/,1держиваия временого интервала нагрева образца и временной задержкиме;кду мометом окончания нагрева имоментсм регистрации температурногораспределения нагретой поверхностиприводит к усложнению способа и сни;кеию его э(тфективности.Наиболее близким к изобретению является способ определения температуропроводности материалов, вклочающийЛГР=З ОбРазца исс.лсзДУемОГО матетзиа -Лс ПОВ 1 КНЫМ ТОЧЕЧНЫМ ИСТОЧИКОМэсрг; ., Ивм( реие температурногоголя поверхности образца подвижымДсЗГЧИКОМ тЕМПЕРатУРЫ, 1(ОтОРЫй ПЕРЕме:са 3 т О 1 Осите 31 ьО ОбРазца с ОДиа - 3.КотОй С ИС-сОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ СКОРОС:Ь 1 В и .Осон 1-гм и достатком данного способа с 33 ется 3 астельая погрешсССЬ ОтрЕДЕ 1 ЕИЯ ИСКОМОЙ ВЕЛИЧИЫ4 ДцельЗобретения - умеьнег ие по -ГР(311 Ости ОРЕДЕЛ 3 ИЯ ТЕМПЗРаТсУРОПРОводос "и материалов:ЕГОв ЦОСТ 1 ГаЕТСЯ ТЕМ с ЧТО СОГЛас -О СОс с.У ОГ(3 ЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРатУРО - ,", -ПРОЗОЛОС 11 саТЕРсЗЛОВ, 1331 ЮсЗЮДЕМУагреОбраз(а. исследуемого материала п(3 двттм(им иочечым источикомЭ НЕ сз 1"И с ИЗОРСНИС ТЕМПСРс УРН ОГОполя повс.рхости образца подвижымДат ИКО(с ТОМ"сЕРатУРЬт, КотОРЫИ ПЕРЕДОмещают ОтОО.теттьО ОбразЦа с ОДваковой с источиком энергии скоРОСТЬВ(1(3 с.сЕДОВ ат(;ЛЬ НО На ГРЕВ аЮТэта 1(3 Ы .; СС 31 ЕдуЕмый Образцы сспсрвоачальой скоростью двим(енияисточикд эергии, измеряя гри этомих избыточые предельные температуры, повторно нагревают образцьтем же точечным источиком энергиис змененой скоростью движения 60источика эсерг и, измеряя при этомих избыточые предельные темгтературы, и гто избыточым тредельнымСмпературам эталонного и исследуе -мого Обре.зповзмереньгт при агреве их с первоначальной и измененнойскоростью, Определяют тем 1 тературоттроводность образца исследуемого материала по (13 отзмутте1г, 1 т --ТСтор ЭТ Ти .В 3ип2 вбРгде (т,т - температуропроводос".ь образца иссиел (Змого мтте- с с Лс,И, - тЕМГЕРатУРО 13 РОЗС,3 ОС Ьэталонного образ,т,- Избыточная предельная1 эттемпература зталон(,гообразца при нагреве егоС ПЕРВОсасаЛЬ 1 ОИ СКОРОСТЬЮДВИ,КЕНИЯ Ис(кд " НЕР -Гсвс сс 1 ссттемпература э алоо.оОбраЗЦс Пр 11 аГВс.я . ЗОс изме 1 Оой скорост ют;В ИжЕИ с 1(Стой 1;тка Э Е РГИ И,1 3 б т ОЧИ а ст 113 сдттЕЛ Ь ас ртемпература образца:1 сследуемого материала сГЕРВО таматтт с и СКОГО(;ТЬЮДВИжЕсия Ис ТосИсса Э Е(3 -ГИИ;- Изб;", О с. т трат,гс,;0те итерат;,.ра Образца :.сслеТУЕМОГО 11 дТЕ 13 ЛсЗ. Г 1 ЗМЕ -неой скоростью двим енияИ С - л ч сс сс =. " Г И сНа:тер еж пр:. еде та схема распоЛ О ж Е 11 И Я И СО Ч 111( а " ., Е 13 г" И И;1 Д д т Ч и К атЕМПЕРатУРЫ ОтОСИ гопО ЭталэОГОИ ИгСгЕДЕМ 1;( Об сэтэО 1 С(ПЛсссзизобретеию.СХЕтмса 11 КЛ:Гядв Г И(.Тостст.( З:Е 1 сИ 1и Датч;К ТЕМПСРатУРЫ 2 с КОТСР 1 Е 3 огстЕ -ЩЕНЫ а 1 ЭталоОМ 3 С ИЗВЕСтгой ГЕМ -ПЕРат УРОПРл 13 ОДНО(:ЬЮ И:.С С 31 ЕДУЕ 1 ИМИобразцами - БукОЙ . Об(зач 1 О напРа 1 ЛЕссЕ стРРЕссл В я Г;с Т,яс 1 и к-т, сЕР -ГИИ . ,". Датчика ТЕ.,:ПЕсв тт,".;Ы 2 Е (ОСИГ(ЬНО Этс.Осд. 3 И ИССттвду("ъ.Х Сбраз -ЦОВ сК.с В Ч а Е Т с Я 13 С 3; Ет " Ющ Е М .3 ст-,сти 1 Е эЕРГП Т са с 1,"ст ТЕ;1 ПЕ -Ра ТУРЫ 3 тса.сОд ." ИЗВЕСТОЙ тС 1 НЕ;( атУсг росОдостью и 1 с . 33 уе.,(ых Обрд зцов, СТОИТ ОРЕДЕЛ : Цнсэг;1.ЫЕ;ЕМП.: Ра. - ТУР 1:. МОМ 1 О С .;Е ИТЬ Гтв,Е,ГЗЩдсн ДатСс И 1( - Е 1 Сл с с т . 1:Ц О " Ь (3 В С Р ХО С Т" и ЭтаЛОа С Ива=С.ГОИ ТЕМгтЕРссТУРОт,О- вОДОс 1 ью с 1 исслеДУес тык ОбРазЦО.3 или .1 3 МЕ ри В Г СМ,т ссз с 3 с".; Т у О у Э " О ГО Э т аЛ О а И ис"ледуемых образцов в любой точк" их поверхности поскольку в родеах этого эталона и каждого из иссле уемых образцов темг:ература пере,г аалом измерении ДО/1 ке 1 а б 1(тт О 1 геакс За3 атем ТОчечный исочи( тепловойТ(х, Р) =где избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке, следующей за подвижным источником с такой же скоростью; мощность источника; 55 теплопроводность тела; расстояние от точечного источника до проекции точки, в которой определяют температуру тела, на линию 60 движения источника;расстояние от точки, в которой определяют температуру тела, до точечного источника; 65 энергии 1 постоянной мощности (например, электрическую лампу с зеркальным отражателем и с пятном нагрева, сфокусированным на поверхности нагреваемых твердых тел, или луч лазера и датчик температуры 2 (на пример, бесконтактный датчик, регистрирующий температуру нагретой поверхности по электромагнитному излучению), жестко связанный с источником 1 и поэтому имеющий постоянное рас стояние оставания, начинают перемещать с одинаковой и постоянной первоначальной скоростью вдоль поверхностей эталона 3 с известной температуропроводностью и исследуемых образ цов 4 в направлении Н,Толщины эталонного 3 и исследуемых образцов 4 должны быть не меньше расстояния отстаивания, чтобы можно было рассматривать процесс их нагрева как нагрев точечным источником полубесконечного тела. В процессе нагрева для эталонного и для каждого исследуемого образцов измеряют предельную температуру нагреваемой поверхности вдоль линии движения источника.Затем по разности предельной .температуры нагрева эталона 3 и измеренной ранее начальной температуры этого эталона 3 определяют избыточнуюЗ 0 предельную температуру нагрева поверхности эталона 3, Далее по разности предельной температуры нагрева и измеренной ранее начальной температуры каждого из исследуемых образцов 4 определяют избыточную предельную температуру нагрева поверхности для каждого из исследуемых образцов 4.Известно, что при нагреве поверхности полубесконечного тела точечным 40 подвижным источником избыточная предельная температура поверхности этого тела в точке, перемещающейся вслед эа источником вдоль линии его движения с той же скоростью, определяется 45 формулой Ч - скорость. движения источника,- температуропроводностьтелаДалее повторно измеряют начальные температуры эталона с известной тем-: пературопроводностью и исследуемых образцов. После этого тот же точечный источник тепловой энергии 1 и жестко связанный с ним датчик температуры 2 начинают перемещать с измененной скоростью вдоль поверхностей эталонного 3 и исследуемых образцов 4 в направлении Н. В процессе нагрева с измененной скоростью движения источника 1 при помощи датчика температуры 2 измеряют предельную температуру нагреваемой поверхности вдоль линии движения источника для эталонного образца 3 и для каждого исследуемого образца..По разности предельной температуры нагрева с измененной скоростью источника и повторно измеренной начальной,температуры определяют избыточные предельные температуры нагрева поверхности для эталонного и исследуемого образцов.Из соотношения (1) для отношения избыточных предельных температур эталона 3, определенных при первоначальной и измененной скорости движения источника, справедлива зависимость2 эт этгде Т - избыточная предельная1 Зттемпература эталона,определенная при.первоначальной скоростидвижения источника .Т - избыточная предельная2 зттемпература эталона,определенная при измененной скорости Ч движения источниКа;а- температуропроводностьэталона 3,М - первоначальная скоростьдвижения источника,Ч 2 - измененная скоростьдвижения источника.Из соотношения (11 дляотношенюяизбыточных предельных температуркаждого исследуемого образца, определенных при первоначальной и измененной скорости движения источника,справедлива аналогичная зависимость.Поскольку величина (Ч 1-Чостает"ся одинаковой и для эталона и длявсех исследуемых образцов, температуропроводность аэ для эталона 3известен, а избыточные предельныетемпературы для эталона 3 и исследуемых образцов 4 определены, то длякаждого исследуемого образца темпе202/48 Тираж 828ВНИИПИ Государственногпо делам изобретени 113035, Москва, Ж, Ра Подписно комитета СССР и открытий ская наб., д.4/аказ илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,ратуропроводность определяют из соотношения, вытекающего иэ формул (1) и (2) де ю б - температуропровность исследуемразца,Т Т - избыточные предельные1 эттемпературы соответственно для эталона и 15исследуемого образцапри первоначальнойскорости движения источника;Т ,Т " избыточные предельные 2 О2 ут Яобр те ературы соот етственно для эталона иисследуемого образцапри измененной скорости движения источника.25Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет определять температуропроводность исследуемых твердых тел. Поскольку длительность нагрева и измерений для отдельного исСледуемого образца составляет несколько десятков секунд (10-30 с при длине образца 5-10 см и при реальной скорости движения источника и датчика температуры 0,3-1 см/с), а подготовительные операции (замена 10-15 исследуемых образцов одновременно перед источником и датчиком темпера туры и возвращение источника и датчика температуры в исходное положение) просты и требуют незначительного времени 150-60 с), способ обеспечи. вает высокую производительность процесса измерений до 100-150 исслецованных образцов за рабочую смену)Простота операций обеспечивает малую погрешность определения температуропроводности.За счет того, что в соотношение 3 ), определяющее температуропроводность, входит только отношение избыточных предельных температур, способ позволяет при.регистрации температуры нагреваемой поверхности образца по электромагнитному излучению не принимать мер по устранению влияния изменчивости коэффициента излучения по поверхности образца на результаты измерений, так как в соотношенис 13) .входят избыточные предельные температуры, измеренные на одних и тех же участках для эталонного и исследуемых образцов. Это также уменьшает погрешность определения температуропроводности материалов.