Способ неразрушающего контроля теплопроводности материалов

(51)5 С 01 Б 25/18 ОПИСЛНИК ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Ленинградский технологическийинститут холодильной промьппленности(56) Авторское свидетельство СССРУ 800846, кл. С 01 Б 25/18, 1979,(54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к областитепловых испытаний, а именно к измерению теплофиэических свойств материалов. Цель изобретения - повышениеточности при испытаниях неоднородныхпо толщине покрытий на плоском и сфе,рическом металлическом основании. Изобретение относится к способам тепловых испытаний, а именно к спо" собам измерений теплофизических свойств материалов,Цель изобретения - повышение точности при испытаниях неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании.При испытаниях используется пластина из материала с известными свойствами, контактирующая с поверхностью испытуемого покрытия.На чертеже представлено взаимное расположение объекта исследования и пластины, а также измерительных преобразователей. ЯО 1561024 А 1 2 Свободную поверхность покрытия при= водят в тепловой контакт со слоем материала с известной теплопроводностью. В плоскости контакта импульсно выделяют тепловую мощность. Далее регистрируют изменение температуры поверхности контакта. При этом температуру поверхности изменяют по закону, учитывающему толщину покрытия, радиус его кривизны и текущую температуру поверхности контакта. После регуляризации теплового режима вычисляют искомую величину. Повышение точности достигается учетом (при заданных тепловых условиях) неоднородности теплопроводности покрытия по его толщине, а также учетом его кривизны. Вычисляемая Ж величина теплопроводности является эффективной - усредненной по толщине покрытия. 1 ил. На чертеже представлены пластина 1, объект 2 испытания, покрытие на металлическом основании, прижимное кольцо 3, нагреватели 4 и 5 поверхностной пластины, измеритель 6 температуры контактной поверхности пластин, измеритель 7 температуры внешней поверхности пластины, регулятор 8 температуры поверхности пластины, выход которого подключен к нагревателю 5, а входы - к измерителям 6 и 7 температуры и импульсный источник 9 питания, подключенный к нагревателю 5.Способ реализуется следующим образом.1561024 Пластина 1 устанавливается на конт" ролируемый участок поверхности иэделия. Плотное прилегание пластины к поверхности покрытия обеспечивается кольцом 3. По команде оператора ис 5 точник 9 вьщеляет калиброванный импульс энергии на нагревателе 5, Одновременно начинает работать контур регулирования температуры внешней йо верхности пластины, включающий регулятор 8, нагреватель 4 и термометры 6 и 7. Температура контактной поверхности пластины 1 измеряется термометром. 6 через фиксированный интер вал времени начиная .с момента включения источника 9,Температура внешней поверхности пластины регулируется по закону ъ20т(".) =т + -- т(".) -тВо гк о ) Лют 1 то 1 Р.ю-, т 1 Способ апробирован на образцахпокрытий на сферических сегментахрадиусом г к = 1, О,6 м. Толщина покрытия из пенопласта ППУ 305 А и пластика СТ варьировалась от 5 до 25 мм.Величина плотности тепловой мощности 35составляла 3 25 1 О Вт/м . Время тепловыделения составляло 2 с. При этомна нагревателе вьщелялась удельнаяджоулева теплота Ю = 6,5 10 кДж/мПри указанных параметрах перегрев контактной поверхности не превышал 15 К,что остается верным для всегокласса теплоизоляционных материаловс Л (0,2 Вт/(мфК). Вычисление темпаохлаждения проводилось в течение 45 всеГо опыта. Значение последующеготемпа охлаждения сравнивалось с предыдущим. Опыт заканчивался при относительном изменении темпа охлаждения за промежуток времени ас = 10 с 50менее 1 Х. Величина темпа охлажденияпри исследовании слоев ППУ 305 А толпщной 20 1 О-м составляла 3 10с ,Время регуляризации температурногополязависит от толщины исследуеРмого материала, Для слоев теплоизоляции толщиной до 25 ммоно не пре-восходило 30 мин.Закон регулирования температурыобеспечивается с помощью прецизионногде Т - начальная температура; о ,где т. - радиус кривизны контактнойповерхности;Ы - плотность тепловой энергии,вьщеленной импульсным источником.Повышение точности достигается за счет того, что при описанных граничных условиях учитывается интегральное по толщине. (эфФективное) значение теплопроводности, а также за счет возможности учета кривизны поверхности покрытия.Способ реализован в устройстве основным элементом которого является пластина из термостойкой резины толщиной 3 мм, Прижим пластины к сферической поверхности осуществляется с помощью кольца иэ винипласта диаметром 200 мм, С обоих сторон пластины наклеены нагреватели, выполненные по тонкопленочной технологии, Требуемая одномерность температурного поля в контролируемом изделии достигается путем вьщеления на контактной поверхности пластины центральной зоны с диаметром, в пять раз меньшим диамет" ра прижимного кольца, Для измерения температуры центральной и периФерийной зон используются платиновые пленочные термометры сопротивления типа ИС. С - время от момента теплового импульса;,г - радиус кривизны контактнойповерхности;8 - толщина покрытия,Т - температура контактной поверхности.По данным температурных измеренийопределяется темп охлаждения пластиНЫ где д, - интервал времени, используемый для вычисления ш,Момент регуляризации тепловогорежима С устанавливается как началоРпостоянного значения темпа охлаждения,Теплопроводность покрытия рассчиты-вается по формулеСпособ неразрушающего контроля теплопроводности материалов, заключающийся в том, что свободный участок поверхности материала приводят в тепловой контакт со слоем материала гг-Д Г кф) То ф а искомую величину вычисляют по фор 20 мулам: л уууТ 1,2-Чо г25 Л= 1 - б г МТк толщина слоя покрытия; температура контактной поверхности слоя;плотность энергии теплового импульса;теплопроводность материала слоя;.момент регуляризации теплового режима;темп охлаждения;интервал времени при вычислении темпа охлаждения. Т 1 п- -- д-с -лИ30 где Т температура внешней поверхности слоявремя;начальная температура;радиус кривизны контактнойповерхности;искомая теплопроводностьматериала покрытия; Т г лЬр Шдав 35 5 1561024 6 го электронного регулятора, реализую- известной теплопроводности, в плосщего ПИД-закон регулирования, Необхо- кости контакта импульсно выделяют димое .смещение уровня регулирования тепловую мощность и измеряют измене- относительно температуры контактной ние температуры во времени о т л иповерхности пластины задается аппарат- ч а ю щ и й с я тем, что, с целью но с использованием известных элект-. повышения точности при испытаниях неронных устройств цифроаналоговой об- однородных по толщине покрытий на работки сигнала. Сигналы измеритель- плоском или сферическом высокотеплоных преобразователей температуры уси О пРоводном основании, дополнительно ливаются в блоке прецизионных усили- регистрируют температурно-временную телей. зависимость контактной поверхностиматериалов и определяют момент регу- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ляризации этой зависимости, температуру внешней поверхности слоя задают соотношениемТ,(.) = Т, +Заказ 975 В осударствен113 го 35, Москва,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ираж 49 митета по изобрете -35, Раувск Подписноеям и открытиям при ГКНТ СССРнаб д, 45