Способ определения температуропроводности твердых тел

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 50 4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ БВ;. прот,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Трудового Кра ного Знамени геологоразведочный инст тут нм,Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССР В 1054753, кл. С 01 И 25/18, 1982.Авторское свидетельство СССР В 1073662, кл, С 01 Я 25/18, 1982.Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых цессов при сварке, М.: Гостехизда 1951, с. 74.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ(57) Изобретение относится к области теплофизических измерений, Целью его является увеличение точности и упрощение процесса определения температуропроводности твердых тел. Она достигается тем, что в способе опред ления температуропроводности твердых тел, заключающемся в том, что нагре,801226235 С 01 Н 25/18 вают поверхности двух эталонных образцов с изве"тными температуропроводностями и исследуемых образцов точечным источником энергии, перемещаемым вдоль эталонов и образцов с постоянной скоростью, и измеряют для каждого из образцов и эталонов датчиком температуры, перемещаемым со скоростью источника, профили предельных избыточных температур нагреваемой поверхности по линии, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии регистрацию температурных профилей осуществляют по прямой, проходящей через точку нагрева поверхностей образцов, по температурному профилю Я каждого исследуемого образца определяют расстояние от линии движения источника энергии до точек пересечения данного профиля с температурными профилями обоих эталонов, а также определяют расстояниеот линии движения источника энергии до точки пересечения температурных профилей эталонов, и по измеренным значениям ЬЭ определяют искомую величину. 2 ил. 46Ю6235 2в точке, перемещающейся со скоростьюисточника вслед за источником, определяется Формулой Где 9 (х,у)(х,у) энергии.Из Формулы (1) следует, что предельная избыточная температура нагреваемой поверхности тела вдоль прямой, й перпендикулярной направлению перемещения источника энергии и проходящей через точку нагрева, определяется соотношением40 где 1 - расстояние от точки регистрации температуры, расположенной на прямой, перпендикулярной направлению перемещения источника энергии ипроходящей через точку нагрева, до линии движения источника энергии.Для точек 1 и 2 пересечения температурного профиля исследуемогообразца 3 с температурными профилямисоответственно эталонов 1 и 2 и точки 3 пересечения температурных профилей эталонов 1 и 2,(фиг. 2) согласно (2) справедливы соотношения ф 122Изобретение относится к областитеплофизических измерений, в частности к способу определения температуропроводности твердых тел, и может бытьисгользовано в различных отрасляхнародного хозяйства как для определе-ния температуропроводности материалов,так и для контроля качества соответствующих изделий.Целью изобретения является увеличение точности и упрощение процессаопределения температуропроводноститвердых тел.На Фиг. 1 приведена схема осуществления предлагаемого способа;на фиг. 2 - регистрируемые датчикомтемпературы профили предельных избыточных температур двух эталонов иодного из исследуемых образцов вдольпрямой, перпендикулярной линии движения источника энергии и проходящей через точку нагрева образцов,Схема содержит два эталонных образца 1 и 2 и исследуемые образцы 3,под которыми расположены точечныйисточник 4 энергии и датчик 5 температуры, перемещение которых происходит вдоль оси Х , а сканированиенагреваемых поверхностей при регистрации температурных профилей - вдольЗОоси У, проходящей через точку Онагрева образцов,Предлагаемый способ заключаетсяв том, что два эталона 1 и 2 сизвестными температуропроводностямии исследуемые образцы 3 нагреваютточечным источником 4 энергии, которыперемещают с постоянной скоростьюотносительно рассматриваемых твердыхтел вдоль оси Х (фиг. 1). Датчиком 5температуры, жестко связанным с источником энергии, осуществляют сканирование поверхностей эталонов 1 и 2и образцов 3 вдоль линии, перпендикулярной направлению перемещенияисточника энергии и датчика температуры и проходящей через точку нагрева О(вдоль оси), Для каждого из исследуемых образцов 3 и эталонов 1 и 2датчик 5 зарегистрирует профиль(фиг. 2) предельных избыточных температур поверхности, соответствующихквазистационарному режиму нагрева,При нагреве поверхности полубесконечного в тепловом отношении телаточечным источником энергии, перемещаемым относительно тела с постоянной скоростью, предельная избыточнаятемпература поверхности этого тела Ф9(к,М) = екр -- (й+ к) (1)Ч2 ГъР 2 а ) предельная избыточная температура нагреваемой поверхности тела в точке, перемещающейся со скоростью источника вслед за источником; координаты точки регистрации температуры в подвижной системе координат, совмещенной с точкой нагрева поверхности тела источником энергии;мощность источника энергии;теплопроводность тела; скорость перемещения источника энергии и точки регистрации температуры относительно телатеплопроводность тела; расстояние от точки регистрации температуры до точки нагрева поверхности тела источником 9(ф = - екр- - 1 р (2) Ч 2 цЪу2 а1226235 4нияисточника до точки пересениятемпературных профилей эталонов 1 и 2,по формуле (6) находят температуропроводность каждого из исследуемыхобразцов 3.Предлагаемый способ позволяетупростить процесс определения температуропроводности твердых тел засчет уменьшения количества необходимых измерений до трех (по известномуспособу необходимо измерить пятьвеличин) и повысить точность измерения определения температуропроводности как за счет уменьшения количества измеряемых параметров,погрешности которых приводят к снижению точности определения температуропроводности, так и за счет исключения источников дополнительных погрешностей, которые по известномуспособу обусловлены неточностью задания значений теплопроводности образцов. Простота осуществляемыхопераций и малый объем измеренийобеспечивают наряду с высокой точностью определения температуропроводности (случайная погрешность измерения не превышает 17) высокую производительность предлагаемого способа(более 400 измерений за рабочую30смену) . ов р агае температуропровод.ности соответственно исследуемого образца 3, эталонов 1 и 2;расстояния отлинии источника энергии до точекпересечения температурного профи.ля исследуемогообразца 3 с температурными профилями соответственно эталонов1 и 2;- расстояние от линии движения источника энергиидо точки пересечения температурных профилей эта-лонов 1 и 2.Из формул (3), (4) и (5) следует, что, поскольку величиныи Ч посто. янны в процессе нагрева и изменений, температуропроводность каждого из исследуемых образцов 3 определяется по формуле 4 е Чг Ч ЧЧЧЧ2 тфоьр Ч а р 1" ф 1 ер, 1 е 1 ее,ггЕоер 2. яеаее рееетеее еетж еер - 1, ер. 1, С 5) 1 ог,р р э рЪ- теплопроводностисоответственно исследуемого об-.разца 3, этялонов 1 и 2; Таким образом, определИв по температурному профилю каждого из исследуемых образцов 3 расстояния от линии движения источника энергии до точек пересечения данного профиля с температурными профилями эталонов 1 и 2, определив расстояние от линии движеВ лабораторном макете, реализующем предлагаемый способ, в качестветочечного источника энергии испольЗ 5 зуется луч лазера типа ИЛГН,мощностью 3-5 Вт, имеющего длинуволны излучения 10,6 мкм. В качестведатчика температуры используется сканирующий радиометр, обеспечивающий 4 О бесконтактное измерение температуры,с рабочим диапазоном длин волн2-20 мкм. Формула изобретения Способ определения температуропроводности твердых тел, заключающийся в том, что нагревают поверхности двух эталонных образцов с извест ными температуропроводностями иисследуемых образцов точечным источником энергии, перемещаемым вдольэталонов и образцов с постоянной скоростью, и измеряют для каждого из 55 образцов и эталонов датчиком температуры, перемещаемым со скоростьюисточника, профили предельных избыточных температур нагреваемой поверх1226235ставитель В. Битюкохред Л.Олейник едактор Л. Гратилл А. Обручар ор аказ 2119/37 и одписно НИИПИ Госуда тета СССРытийнаб,д, 4 твеннетении35, Р о ко по делам иэо113035, Москва,от ска Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород роектна ности по линии, перпендикулярнойнаправлению перемещения источника.энергии, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения точностии упрощения процесса определения температуропроводности твердых тел, регистрацию температурных профилейосуществляют по прямой, проходящейчерез точку нагрева поверхностей 10образцов, по .температурному профилю каждого исследуемого образца опреде.ляют расстояние от линии движенияисточника энергии до точек пересечения данного профиля с температурнымипрофилями обоих эталонов, а такжеопределяют расстояние от линии движения источника энергии до точкипересечения температурных профилейэталонов и по измеренным значениямопределяют искомую величину.