Устройство для определения коэффициента температуропроводности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИКЗ.2 16616 1 й 2518 зыбей,ВФ 3 й"ЕЕГ.Ю- "гфФ",ГЗФ ЬР 5 М ".07;. "г, ТЕ Е ИЗО ДЕЛЕНИЯ УРОПРО. Цель из ности опред ратуропро конечной д ва и повыш мерений. На фиг,1 схема устройобретения - повышен еления коэффициента водности за счет ительности импульса ние производительно ие точтемпе- .учета нагрести изпредставлена ства; на фиг.2 кциональн еменные д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института (72) В.В.Ширяев, А,И.Иванов и В.П.Вавилов(56) Авторское свидетельство СССР ЬВ 913196, кл. 6 01 й 25/18, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТ ВОДНОСТИ(57) Изобретение относится к теплофизическим измерениями может быть использовано.при исследовании и получении новыхматериалов, а также при тепловом нераз рушающем контроле. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента температуропроводности эа счетучета конечной длительности импульса нагрева и повышение производительности Изобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано при исследовании и получении новых материалов, а также при тепловом неразруцующем контроле,измерений. Устройство содержит импульсный источник нагрева, датчик температуры, четыре дифференциатора, два нуль-органа, ВЯ-триггер, генератор импульсов, схему совпадений, счетчик импульсов, цифровой индикатор, регистратор импульса нагрева, два счетчика-делителя частоты, регистрцифровой компаратор. Устройство позволяет произвести измерение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в соответствии с вы ражением а= 0,09 1 /(мп-птур), где 1:тол 2щина плоского исследуемого образца: 1 мл - время достижения первой производной хронологической термограммы максимального значения; тр- время максимума плотности потока энергии импулЬса на- . грева; а - коэффициент, учитывающий З конечную длительность импульса нагрева. 2 ил,ратуры и плотльса нагрева.Устройство. содержит импульсный ис- (д "точник 1 нагрева, исследуемый образец 2, . О 1 датчик 3 температуры, первый 4 и второй 5 днфференцнаторы 5, первый нуль орган 6,) триггер 7, генератор 8 импульсов, схему 9совпадений, счетчик 10 импульсов, цифровой индикатор 11; регистратор 12 импульсов нагрева, третий дифференциатор 13, четвертый дифференциатор 14, второй нуль-орган 15, первый 16 и второй 17 счетчики-делители частоты, регистр 18, цифаграммы измерения темпености потока энергии импу1661635 5 10 а= 0,139т 1/г а=И/М,30 где гп - коэффициент при гр(выражения2 и 3),В момент тр максимальной плотностипотока энергии Ф 1, которая попадает на регистратор 12 импульса нагрева, на выходевторого нуль-органа 15 появляется импульс,который поступает на вход записи регистра18, на вход данных которого поступает цифровой код с выхода первого счетчика-дели 40.теля 16 частоты, равный значению тфМ/1),и запоминается в регистре 18. Так как коэффицент Мй, то счетчики второго счетчикаделителя 17 частоты продолжают счетимпульсов до момента г,р равенства цифровых кодов обоих счетчиков-делителей частоты, и так как цифровой код второгосчетчика-делителя частоты, в этот моментопределяется выражением а =0,139(5) ровой компаратор 19 и входную пусковую клемму 20,Импульсный метод определения коэффициента температуропроводности заключается в импульсном нагреве лицевой поверхности плоского исследуемого образца. При этом регистрируется кривая нарастания температуры Т(фТ - температура, твремя) тыльной поверхности исследуемого образца (фиг.2). Если импульс нагрева мгновенный (теоретический д -импульс), то, измеряя время достижения хронологической термограммой Т (г) какого-либо уровня, например уровня 0,5 Тмакс, определяют коэффициент температуропроводности а образца п.о формуле где (. - толщина плоского исследуемого образца;ад - время достижения кривой Т (т) уровня 0,5 Тмакс.В реальных условиях импульсц нагрева имеют конечную длительность и неучет этого факта ведет к появлению методических ошибок, особенно больших для тонких образцов высокотемпературопроводных материалов. Например, для импульсов нагрева ксеноновой лампы-вспышки получена расчетная формула, учитывающая конечную длительность и форму импульса нагрева: где тр - время максимума плотности потока энергии импульса нагрева Ф(т) (фиг,2).Форма импульса нагрева влияет на вид вводимой поправки, .Вместо характеристического времени ю 1 уг может быть использовано время тмп достижения первой производной хронологической термограммц Тф максимального значения,Для мгновенного импульса нагрева выражение для коэффициента температуропроводности в,этом случае имеет вид Получено расчетное выражение для температуропроводности, учитывающее конечную длительность импульса нагрева ксеноновой лампы-вспышки;ггоп - 1,7 тр5 20 25 Именно с помощью этого математического выражения производится оп ределение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в устройстве, которое измеряет время (тмп - 1,7 тр ) . Учет конечной длительности импульса нагрева позволяет избавиться от методической погрешности и тем самым повысить точность измерений, Определение за одно измерение комплекса (тмп - 1,7 тр) позволяет повысить производительность испытаний.. Устройство работает следующим образом (фиг.1).После нажатия кнопки "Пуск" световой поток импульсного источника 1 нагрева производит нагрев плоского исследуемого образца 2. Часть светового потока освещает регистратор 12 импульсов нагрева, запускается генератор 8 импульсов с частотоой 1, Импульсы с выхода генератора 8 импульсов одновременно поступают на входы первого и второго счетчиков-делителей, коэффициенты деления частоты которых М и Й соответственно находятся в соотношениях асср/( Й/1 ), то - + = - +, (4) в момент т,р на выходе компаратора 19 вырабатывается сигнал начала счета импуль- сОВ, кОтОРый поступает на Я-Вход ВЯ-триггера 7. Таким образом, начиная сначинается прохождение импульсов счетас генератора 8 импульсов через схему 9совпадений на вход счетчика 10 импульсов,Тепловой поток от тыльной поверхности плоского исследуемого образца 2 поступает на датчик 3 температуры, выходной сигнал которого, пропорциональный температуре тыльной поверхности плоского исс ледуемого образца 2, поступает через первый 4 и второй 5 дифференциаторы и нуль-орган 6 на В-вход ВЯ-триггера 7 и устанавливает его в момент т,;л в состояние запрета счета импульсов счетчиком 10 им пульсов. В этот момент времени на цифоовом индикаторе 11 высвечивается значение временного промежуткз (".; - п тр ), Выходной потенциал триггера 7 разрешает или запрещает прохождение импульсовсчета с 20 выхода генератора 8 импульсов через схему 9 совгадений на вход счетчика 10, Состояние счетчика 10 в момент времени (гп - а тр ) фиксируется и отображается цифровым индикатором 11. 25Таким образом, устройство позволяет определить скорректированное время процесса теплопередачи (тп - т тр ), величина которого необходима для определения более точного значения коэффициента тем пературопроводности, Коэффициент щ определяет значение коэффициентов деления М и М счетчиков-делителей частоты. Устройство реализовано в виде комплекса аппаратуры, включающего в качестве источника импульсного нагрева лампу-вспышку, инфракрасный пирометр - датчик температуры и импульсный цифровой макетный блок.Коэффициент п=1,7 согласно выражению (3). При этом коэффициенты деления счетчиков-делителей частоты при частоте генераторов 8 5=1 МГц равны соответственно 1000 и 1700,Формула изобретения Устройство для определения коэффициента температуроп роводности, содержащее импульсный источник нагрева, оптически связанный с регистратором импульсов нагрева и через исследуемый образец с датчиком температуры, который подключен через последовательно соединенные первый и второй дифференциаторы и первый нуль-орган к В-входу ВЯ-триггера, выход которого соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, выход схемы совпадения соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с цифровым индикатором, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента температуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышения производительности измерений, в устройство дополнительно введены третий и четвертый дифференциаторы, второй нуль- орган, регистр, первый и второй счетчикидилители частоты, цифровой компаратор, причем выход регистратора импульсов нагрева подключен через последовательно соединенные третий и четвертый дифференциаторы и второй нуль-орган к входу записи регистра, вход данных регистра подключен к выходу первого счетчика-делителя частоты, а выход данных регистра соединен с первым входом цифрового компаратора, к второму входу которого подключен выход второго счетчика-делителя частоты, а выход цифрового компаратора соединен с Я-входом ВЯ-триггера, выход генератора импульсов соединен с входами первого и второго счетчиков-дилителей частоты, вход генератора импульсов соединен с входом импульсного источника нагрева и входной пусковой клеммой,иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Заказ 2118 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноениям и открытиям при ГКНТ ССая наб., 4/5