Способ определения температуропроводности материалов

(54) СПОСОБ ПРОВОДНОСТИ (5) Изобре ти тепловых измерению т ПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕИПЕРАТУйТЕРИАЛОВ ние относится к обласспытаний, а именно клофизических свойств Иэобретспытаниям Схема содержитоматического свемпенсатор 3 - кр ие относи к тепловым моноатор 2,сточник а, поляр сталлич е тверть д птически ласти изме йств матеа именно изически кую пластинку тола нь, выреза и ны в ную из оос ог птисталл араллельно его оализатор 4. Олтичесразец 5, расположензатором и компенсаскои оси, и ан прозрачный об ныи между пол тором, освещаю онохроматичес пучком параллельны х лучей поляризова мощью горизонталього света. С п ного микроскопа 6, с ьную одящ ержащего ец алярную измерителнаблюдают в про шкалу, об ем свете.печи 7 с о зец размещен в ми СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ И ГКНТ СССР(56) Ксрслоу Г., Егер Д. Теводность твердых тел. - М.:1964 гл,4, 1 4.Теплофизические измерениборы /11 од общ. ред. Е.С.ПлаЛ.: Иашиностроение, 1986, с рении теплоф х свориалов.Цель изобретения - упрощение испытаний, в том числе в случае оптически прозрачных материалов.Измерение температуропроводносги основано на наблюдении за перемещением в теле образца фронта максимального градиента температур, обусловленного импульсным тепловым воздействием на поверхность образца.На чертеже приведена принципиальная схема устройства определения температуропроводности материалов.,801610414 А 1 материалов. Цель изобретения - упрощение испытаний, в том числе в случае оптически прозрачных материалов. Измерение температуропроводности основано на наблюдении за перемешением в теле образца фронта максимального градиента температур,обусловленного импульсным тепловым воздействием на поверхность образца. Б случае оптически прозрачных материалов перемещение фронта максимального градиента температур выявляется как перемещение фронта максимальных термоупругих напряжений - с использованием пьезооптического эФФекта. По сравнению с известными способамн дос- аФ тигается упрощение измерений вследствие исключения оснащения образца лоальными измерителями температуры. э.п. 4-лы, 1 ил.а Е /2 о2 55 где а - температуропроводность;Е - расстояние, измеренное понормали к поверхности образца 8 для прохождения светового пучка.Путем подбора углов между оптическими осями поляризатора, компенсатора и анализатора относительно образ 5ца добиваются полного погасания проходящего через анализатор системы ипопадающего в микроскоп света, Такимобразом при настроенной системе поверхность образца, находяшаяся вполе зрения микроскбпа, оказываетсяравномерно затемненной,При анализе образцов, изготовленных из оптически изотропных материалов, при комнатной температуре указанное вьппе требование затемненногополя достигается для ненапряженногообразца при скрещенном положенииоптических осей поляризатора и анализатора (т.е, при "скрещенных николяхи). Использование компенсаторав устройстве при этом не обязательно. Оно необходимо при исследованиях изотропных образцов при повышенных температурах, а также при анализе оптически анизотропных материалов,При появлении в образце областей,находящихся в неоднородном напряженном состоянии, в соответствующих участках поля зрения возникают просветленные места. Таким образом образец,в объеме которого возбуждено неоднородное температурное поле и в котором распространяется соответствующийэтому полю фронт термоупругои волны 35при наблюдении его с помошью предлагаемого устройства изображается ввиде темного поля, по которому перемещается светлая полоса. Наблюдаяза положением просветленной полосыв различные моменты времени, прошедшего с начала теплового возбужденияповерхности образца, можно определить температуропроводность материала.а, 45Микропечь 7 позволяет осуществлятьпроведение испытаний при повышенныхтемпературах.Б случае использования плоскоготочечнрго или линейного тепловоговоздействия на образец, полубесконечный в тепловом отношении, температуропроводность рассчитывают по формуле: от места воздействия цо точ.ки местоположения фронта;Аб - время от момента тепловоговоздействияП р и м е р 1 Проводили определение температуропроводности оптического стекла марки ЛФ, Измерение проводили при комнатной температуре. Образец представлял собой прямоугольную призму с линейными размерами 25 х 25 х 50 мм и имел одну из гра 5ней (рабочую) в виде полированной поверхности 12-14 класса шероховатости. Образец 5 помещался в микро- печь 7, Путем подбора углов между оптическими осями поляризатора 2, компенсатора 3 и анализатора 4 относительно образца добивались полного погасания проходящего через систему света, Это достигалось при скрещенном положении осей анализатора и поляризатора и параллельности осей поляризатора и компенсатора. Компенсатор в данном случае использовали для создания оптимальных условий наблюдения термоупругих напряжений. Кроме того, с этой же целью образец устанавливали так, чтобы его оптическая ось была направлена вертикально и составляла угол + 45 со направлением колебаний электрического вектора в световой волне,прошедшей через анализатор и поляризатор. В начальный момент времени на рабочей поверхности образца создавали мгновенный тепловой поток путем быстрого прикосчовения к указанной поверхности массивной медной пластины, нагретой до 300 С. При этом в образце возникала плоская термоупругая волна, перемещавшаяся вглубь образца. Через определенные промежутки времени, фиксировавшиеся при помощи секундомера марки СДС пр, измеряли координату Е фронта термоупругой волны при помоши окулярной сетки горизонтального микроскопа типа 1 ИРс точностью до 0,1 мм.Затем по полученным данным строили -ависимость Е = Е(С). По наклону этой зависимости определяли, что . а = (0,25+0,03)х 10 м /с, Значение а для данного материала составляет 0,16 10 бм /с.П р и м е р 2. Проводили определение температуропроводности моно- кристаллов фтористого лития при температурах образца 20, 200, 350, 1610414500 С. Образцы имели такие же геометрические размеры, как в примере1, и были приготовлены выкалываниемпо плоскостям спайности 001, Прииспытаниях при повышенных температурах образцы помещались в микропечь 7, температура в печи измерялась при помощи хромель-алюмелевойтермопары и поддерживалась постоянной с помощью электронного автоматического потенциометра ЗПВА. В начальный момент времени на поверхности образца осуществлялось импульсноетепловое воздействие при помощи сосредоточенного (точечного) источника,выполненного в виде искрового разрядника. Распространение сферическогофронта термоупругой волны в образцефиксировали с помощью пьезооптического устройства так же, как в примере 1. По полученным экспериментальным данным строили графики зависимости Е =, Й, соответствующие разнымтемпературам, и определяли соответствующие им значения температуропроводности. Зти значения приведены втаблице 111 Г-6а10м/с 2 2 2 4 219 3 7 Способ согласно изобретению обеспечивает упрощение измерений за счэт Т ,Г 20 200 350 500 30 исключения локальных температурных излучений, требующих монтажа измерителей в теле образца. В случае оптц - чески прозрачных материалов это упрощение обеспечивается бесконтактными измереиями.Способ может быть испол:зован при получении кристаллов и стекол ц при контроле их характеристик после получения.формула и з о б р е т е н и яСпособ определения температуропроводност . материалов, состоящий в том. что осуществляют импульсное тепловое воэдецствие на поверхность образца ц пс.учают инЪормацию об изменении его температу рного поля взавцсцмости от временц, на оснсизанццчего рассчитывают искомую величину,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения испытаний оптцчески прозрачных материалов, ниэуалцзцруют в образце поле термоунругцх напряжешш, регистрируют цзмсненце положения фронта максимальных термоупругнх напряжении во временц, а искомую велцчцпу рассчитывают по формулеа = Е /с,где а - температуропроводность;Е - расстояние, цэмерснное панормали к поверхности образца от места воздействия доточки местоположения фронта;лс - время от момента тепловоговоздействия.но-издательски комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 оизв Заказ 3736 Тираж 497ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открь113035, Москва, Е, Рауская наб д,Подписноеям при ГКНТ