Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов

(51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОР СКОЬйГ ЛЬСТВ Вюл. У 8 институт химического и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1032382, кл. 0 01 Б 25/18) 1981,Авторское свидетельство СССРВ 1040392 кла 0 01 Б 25/18 1983(54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к техн"ческой физике. Целью изобретенияявляется повышение точности определения теплофизическик характеристикматериалов н уменьшение времени проведения теплофизического эксперимента. Способ неразрушающего контролятеплофизических свойств материаловсостоит в нагреве исследуемого об,разца точечным источником энергии и,регистрации предельной избыточнойтемпературы поверхности термоприемником. Последний перемещается относительно исследуеиах образцов с одинаковой с источником энергии скоростью и фиксированной задержкой относительно него по линии, параллельной линии движения источника энергии. Осуществляют смещение термоприемника на вторую линию движения, параплельную линии движения источника энергии, Регистрируют значение избыточной предельной температуры при движении термоприемниКа по второй линии со скоростью, равной скорости движения источника энергии, и с той же фиксированной задержкой относительно него, что и прн движении по первоначальной линии. Затем увеличивают мощность источника тепловой энергии до величины, равной квадрату первоначально.го значения его мощности. Измеряют предельную избыточную температуру Се при движении термоприемника по второй линии со скоростью источника тепла и с той же фиксированной задерж фф кой относительно него, что и в пер- фф вых случаях. Искомые характеристики в определяют по соответствующим фор- Д мулам. 1 ил. ЖИзобретение относится к технической физике, в частности к тепло- Физическим измерениям, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при определении качества и свойств искусственных материалов и изделий из них.Цель изобретения - повышение точности определения теплофизических 10 характеристик материалов и уменьшение времени проведения теплофизического эксперимента.Сущность способа заключается в следующем. 15На чертеже приведена схема расположения и движения точечного источни ка энергии и термоприемника относительно исследуемых образцов в процессе измерения. 20На схеме показаны исследуемый образец 1, над которым размещены точечный источник 2 энергии и термоприемник 3, смещенный относительно источника по оси х на величину х и 25 находящийся от него на расстоянии В, Перемещение термоприемника осуществляется вначале по прямой А, затем по прямой В, при этом термоприемник занимает положение 4 с расстоянием до 30 источника энергии В.Способ осуществляется следующим образом.Начинают перемещение с постоянной скоростью относительно исследуемого образца 1 точечного источника 2 энергии и термоприемника 3, расположенного на расстоянии Вот источника, движущегося по прямой А, параллельной линии движения источника энергии, 40 и измеряют избыточную предельную температуру на линии движения А. Затем удаляют термоприемник от источника энергии на расстояние В,), величина которого для упрощения расчетных формул равная удвоенному значению расстояния В, перемещают термоприемник по линии В со скоростью Ч, рав" ной скорости движения источника энергии, и с тем же х смещением относи- . 50 тельно того, что и при движении линии А измеряют избыточную предельную температуру на линии В. Затем увеличивают мощность источника тепла до - величины, равной квадрату его перво-,55 начального значения. При этом первоначальное значение мощности источника Ч задают из тех условий, чтобы при увеличении ее до значения, равно. го квадрату первоначальной величины, максимальная избыточная температура нагрева поверхности исследуемого тела была бы не выше (0,8-0,9) температуры термодиструкции исследуемого материала, величина которой берется из ,справочных данных или определяется 11 редварительно экспериментальным пу" Фем, и измеряют предельную избыточную температуру при движении термоприемника по линии В со скоростью Ч, равной скорости движения источника тепла и с той же задержкой х относи" тельно него, что и в первых двух случаях, а искомые теплофизические характеристики определяют по формулам, полученным на основе следующих рассуждений. Избыточная предельная температура поверхности исследуемого тела в точках, перемещающихся вслед за истцчником со скоростью источника по линиям, параллельным линии движения источника, и.;находящимся от . нее на расстояниях В, и В, соответственно будет определяться зависимостями:т, = --- ехр--е + В, ф 1. )Т = в : - ехр-- х + В ) 2) Ч . Г Ч 2 ЛВд 2 а Т 1,Т е - соответственно преде ная избыточная температура нагреваемой поверхности тела в. точках, перемещающихся за источником по линиям, параллельным линии движения источника, со скоростью источника и нахо дящихся от него на расстояниях В, и В, К; Ч - мощность источника, Вт; Ч - скорость перемещения источника и термоприемников относительно исследуемого тела, м/с; В, а - коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого тела, Вт/м К,м/с; х - смещение точки измерения температуры от источника энергии по оси х, м. Предельная избыточная температура в точках поверхности тела, перемещающихся вслед за источником . с одинаковой с ним скоростью Ч по линии, параллельной линии. движения источника, и находящихся от него на расстоянии В, при действии источника, мощность которого увеличена до величины, равной квадрату первоначального его значения, будет определяться зависимостью;Т, = в -В ехр-(ж + В,),(3)Произведя ряд несложных математических преобразований уравнений (1),(2), (3).с учетом того, что В = 2 Кполучают следующие формулы для определения тепло- и температуропроводности исследуемых тел;УВ,Гдй т 7 т,(4)ь= --ехр -- (х+В ) . (5)пТ 1 В2 2Таким образом, измерив значениепредельных избыточных температур Т ,Т 2 и Т и зная расстояния,В, и В,по формулам (4) и (5) определяют ис"комые коэффициенты ;а иПогрешность определения теплофизических свойств в предлагаемом способе значительно меньше, чем в известном.Режим теплового воздействия наисследуемое тело в данном способепозволяет полностью исключить влияние на результат измерения различия;коэффициентов излучения эталонов иисследуемых тел, исключить влияниеразличия тепловых потерь на эталонах,и исследуемых телах, а также влияниеразличия между количеством тепла,которое выделяет источник энергии изначение которого используется врасчетных формулах для прототипа, иколичеством тепла, которое в процессе эксперимента действительно поглощают исследуемое тело, так как тепловое воздействие и контроль температур по электромагнитному излучениюосуществляется на участке только ис-,следуемого тела, имеющего одну и туже постоянную степень черноты, шероховатость, коэффициент излучения ит.д,Так как способ устраняет необходимость в двойном этапонировании ипозволяет без применения эталоновопределять искомые параметры, тоочевидно, что общее время проведениятеплофизического эксперимента уменьшается соответственно в 2-3 раза.Формула изобретенияСпособ неразрушающего контролятеплофизических свойств материалов,состоящий в нагреве исследуемогообразца подвижным точечным источником энергии и регистрации предельнойизбыточной температуры поверхностиобразца термоприемником, перемещаемым относительно образца с одинаковойс источником энергии скоростью и фиксированной задержкой относительнонего по линии, параллельной линиидвижения источника энергии, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности определения теплофизических характеристик материалови уменьшения времени проведения теплофизического эксперимента, осуществляют смещение теплоприемника навторую линию движения, параллельнуюлинии движения источника энергии, ирегистрируют значение избыточной предельной температуры при движении термоприемника по второй линии со скоростью,равной скорости движения источникаэнергии, и с той же фиксированнойзадержкой относительно него, что ипри движении по первоначальной линии, затем увеличивают мощность источника тепла до величины, равной.квадрату первоначального значенияего мощности и измеряют предельнуюизбыточную температуру при движениитермоприемника по второй линии соскоростью источника тепла, и с тойже задержкой относительно него, чтои в первых двух случаях, а искомыетеплофизические характеристики определяют по формуламчЫ=21 пТ,/2 Т ф ГТ Вгде Т - избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полу бесконечного тела в точке, перемещающейся за источником с одинаковойс ним скоростью, по линии, параллельной линии движения источника инаходящейся от него на расстоянии 45 1 ф фТ- избыточная предельная температура поверхности в точке,перемещающейся за источникомс одинаковой с ним скоростью 50по линии, параллельной линиидвижения источника и находящейся от него на расстоянииВ, К)Т - избыточная температура поверхности исследуемого телав точке, перемещающейся заисточником с одинаковой сним скоростью по линии, парал.лельной линии движения исПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная точника и находящейся от него на расстоянии В, когдамощность источника равнаквадрату его первоначальнойлинии, КУ - смещение точки измерения.температуры от источника Тираж 847Го судар ст венногоелам изобретенийМосква, Ж, Рауш энергии по оси х, м;скорость перемещения источника и термоприемников отно-.сительно исследуемых тел,м/с;коэффициенты тепло- и темйературопроводности исследуемых материалов.