Устройство для измерения характеристического времени процесса теплопередачи

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 2 Ш 4 С 01 К БРЕТЕН ОПИСАН черезературы 3пературыоложной прохождениесхему И 16.регистрируесо сторонынагреву. Выхтемпературыды усилителполнительны импульсов счетИзмеритель темпнарастание тебразца противоодной сигнал и3 (П ) поступай 4 и 7 основн мерител т на вх налов, п одит через ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРУ 621995, кл. С 01 Н 25/18, 1978.Авторское свидетельство СССРВ 913196, кл. С 01 Ю 25/18, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ(57) Изобретение. касается тепловыхизмерений. Целью изобретения является расширение функциональных возмож.ностей устройства. Импульсный источник нагрева 1 нагревает образец. Датчик начала импульсного нагрева 2 вырабат 51 вает сигнал "Пуск", которыйпоступает на К-вход КЯ-триггера 14,выходной сигнал которого разрешает дифференциаторы 5 и 8 каждого из каналов на входы экстрематоров 6 и 9В зависимости от амплитудно-временных параметров сигнала П сигнал"Стоп" формируется в одном из каналоФи через схему ИЛИ 13 поступает наЯ-вход триггера 14, выходной сигналкоторого после поступления сигналаСтоп" запрещает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 через схему И 16 на вход счетчика 17.Показания счетчика соответствуют характеристическому времени процессатеплопередачи и фиксируются на индикаторе 18, 3 ил.Изобретение относится к тепловым измерениям и может быть использовано для определения коэффициента температуропроводности материалов, а также в тепловом неразрушающем контроле.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.10На фиг, 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - хронологические термограммы Контролируемых образцов (а) и выходные сигналы дифференциаторов основно го (б) и дополнительных каналов (в,г); на фиг, 3. - частотные характеристики реальных дифференциаторов основного и дополнительных каналов.Устройство для измерений характеристического времени процесса тепло- передачи содержит импульсный источник 1 нагрева, датчик 2 начала им" пульсного нагрева измеритель 3 температуры с усилителем 4, дифференциа тор 5, экстрематор 6, Нканалов, каждый из которых содержит усилитель 7, дифференциатор 8, экстрематор 9, схему И 10, компаратор 11 и К 8-триггер 12, схему ИЛИ 13, КЯ-триггер 14, , 30 генератор 15, схему И 16, счетчик 17, индикатор 18 и образец 19.Устройство работает следующим образом.Импульсный источник 1 нагрева, например лампа-вспышка, производит нагрев образца 19. Изменение температуры обратной поверхности образца регистрируется измерителем температуры 3, например ИК-радиометром. Сигнал 40 "Пуск" формируется датчиком 2 начала импульсного нагрева путем регистрации потока нагрева от импульсного источ" ника 1 нагрева. Хронологическая термограмма с выхода измерителя 3 температуры поступает на входы усилителя 4 основного канала и усилителей 7 каждого из И каналов, дифференцируется дифференциатором 5 основного канала и дифференциаторами 8 каждого из Б каналов, Экстрематоры б и 9 вырабаты 50 вают сигналы "Стоп" в момент максиму" ма первой производной температурной кривой. Так .как сигнал с выхода измерителя температуры 4 поступает рдновременно на входы основного и допол 55 нительно введенных каналов, то начиная с -го канала на выходах усилите" лей 7 этих каналов появляется сигнал с ограничением и экстрематоры 9 этихканалов вырабатывают сигнал "Стоп"раньше наступления максимума первойпроизводной температурной, кривой.Для исключения этих сигналов вкаждый канал введены схемы защиты,содержащие компаратор 11, КБ-триггер 12 и схему И 10. Сигнал с выходадифференциатора 9, превышающий пороговый уровень П, (близкий к уровнюограничения), вызывает переключениекомпаратора 11, выходной уровень которого переключает триггер 12 в состояние логического "0", которое запрещает прохождение сигнала "Стоп"через схему И 10. Возврат триггера 12в состояние логической "1" происходит после нажатия кнопки "Сброс".Таким образом, на вход схемы ИЛИ13 поступают сигналы "Стоп" с выходовэкстрематора 6 основного канала и экстрематора 9 через схемы И 10 1-1канала, которые либо соответствуютмоменту максимума первой производной,либо запаздывают относительно этогомомента. Опережающие сигналы "Стоп"с 1-го по Б-й канал не проходят насхему ИЛИ 13,Измеритель временного интервала,содержащий КЯ-триггер 14, генератор15, схему И 16, счетчик 17 и индикатор 18, включается сигналом "Пуск"с выхода датчика 2 следующим образом,Сигнал "Пуск" переводит КБ-триггер14 в состояние логической "1", которое разрешает прохождение импульсовсчета с выхода генератора 15 на входсчетчика 17. Останов счета производится следующим образом., Сигнал"Стоп" с выхода схемы ИЛИ 13 переводит триггер 14 в состояние логического "0", которое запрещает прохождение импульсов счета на вход счетчика17. Состояние счетчиков индицируется цифровым индикатором 18. Сброссчетчика производится нажатием кнопки "Сброс".Амплитуда сигнала с выхода измерителя 3 температуры обратно пропорциональна толщине при постоянном значении коэффициента температуропроводности а (фиг. 2 а, кривые 20,21,22).С ростом толщины образца 1 увеличивается значение характеристическоговремени, в качестве которого выбран момент максимума первой произ-водной сигнала 7 (хронологическойтермограммы).з 142Таким образом, увеличение толщиныобразца Ь ведет к увеличению значенияхарактеристического времени и сдвигуспектра. сигнала Ч в низкочастотнуюобластьПоскольку амплитудно-частотная характеристика реального дифференциатора (фиг.3) линейно спадаетс уменьшением частоты сигнала, то амплитуда сигнала после дифференцирова 1ния Ч будет уже обратно пропорциональна квадрату толщины образца(фиг. 26). Точность формирования сигнала "Стоп" экстрематором, соответствующего моменту, определяется величиной отношения сигнал/шум последифференциатора. Максимальное значение этого отношения, а следовательнои точность срабатывания экстрематорадостигается у сигналов (образцов),для которых выполняется условиефЦй (1)где Д - верхняя граничная частотадифференциатора.Поэтому для расширения диапазонаизмеряемых характеристических временс высокой точностью (например, приувеличении толщины образцов) необходимо вводить дополнительные каналыопределенияаналогичные основному, для которых выполняется условие (1),Поскольку каждый дополнительныйканал, вводимый для измерения большихзначений(больших толщин образцов), принимает сигнал Чз - - , тоего необходимо усиливать, причем чембольше С тем больше должно бытьусиление этого сигнала в канале.После прохождения сигнала Ч 8(Ь 1)через дифференциатор основного канала (фиг. 26, кривая 23) формируетсясигнал "Стоп" экстрематором этого канала. Во всех остальных каналах сигнал Чз (Ь) на выходе дифференциатораограничен по амплитуде (фиг. 2 в,г,кривые 24, 25) из-за большего усиле"ния сигнала Ч , но сформированныесигналы "Стоп" экстрематорами дополнительных каналов (опеража 1 ощие достоверный сигналСтоп ) заблокированы схемами И дополнительных каналов.В случае прохождения сигнала Ч с па"раметром с большим, чем максимальное значение 3 (Ь ) основного канала, экстрематор основного канала несможет сформировать сигнал "Стоп", 20264Истинный сигнал "Стоп" формируетсяэкстрематором одного из дополнительных каналов. Для сигнала Ч (Ь )(фиг, 2 а, кривая 21) сигнал "Стоп"5формируется в момент ь, (фиг. 2 в,лкривая 27), для сигнала Ч (Ь,) - вмомент Т, (Ь ) и т.д, На фиг. 2 и 3показаны кривые 26, 28-34.Основной канал позволяет измерятьхарактеристическое время в диапазоне20-100 мс. Введение дополнительныхканалов и их объединение в устройстве позволяет расширить диапазон измеряемых характеристических времен до600 ис (для двух дополнительных каналов) и до 1,8 с (для трех дополнительных каналов),Таким образом, совокупность предложенных дополнительных каналов и их объединение в устройстве позволяет расширить диапазон измеряемых характеристических времен, номенклатуру контролируемых материалов и диапазон толщин образцов. 20 25 Формула изобретения Устройство для измерения характеристического времени процесса тепло-,передачи, содержащее импульсный источник нагрева, последовательно соединенные измеритель температуры, усилитель, дифференциатор и экстрематор,состоящий из второго дифференциатораи нуль-органа, КЯ-триггер и измеритель временного интервала, содержащийдатчик начала импульса нагрева и по О следовательно соединенные генератор,схему И, счетчик и индикатор, причемвыход датчика начала импульса нагрева подключен к К-входу КЯ-триггера,выход КЯ-триггера связан с вторымвходом схемы И, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей, в устройство введены 0 каналов, каждый иэкоторых содержит последовательно сое"диненные усилитель, дифференциатори экстрематор, компаратор, первыйвход которого подключен к выходу дифференциатора, КЯ-триггер канала,К"вход которого связан с выходом компаратора, схему И, первый вход кото" 55рой соединен с выходом экстрематора,,а второй - с выходом КЯ-триггера канала, причем выходы схемы И каждогоиз 0 каналов и выход первого экстре 5 142 матора через схему ИЛИ подключены к В-входу КБ-триггера устройства, вторые входы компараторов подключены к общему источнику опорного напряжения, а кнопка "Сброс" соединена с 2026 68-входами КЯ-триггеров каждого из Н каналов и входом предустановки счетчика, входы усилителей Я каналов подключены к выходу измерителя темперабтуры.