Способ определения температуропроводности материалов

Мкь, "талым,т йу Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ) УДК.536.41 ( 088,8) ликова н отнрыт та опубликования описан. Баранов, А аранов и А,Быков,72) Авторы изобретени охв цового Красного Знаменический институт осковский орденаинженерно-ф 71) Заявите 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВтудыделяю 10 темперазаклюмом обе колетем, что исследуески соединяют сизвестными фиэиь достигаетсбраэец механи ым образцом тй эт Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованопри определении теплофизических свойсть,материалов в широком интервале температур, в частности при воздействии ионизирующих излучений,5Известен способ определения температуропроводности, основанный на иэмерении изменения температуры поверхностиобразца с помощью термопар при создании в нем нестационарного температурного поля 11,Однако этот способ не позволяет проводить надежные и точные измерения вшироком интервале температур из-эа15инерционности термопар и погрешности,обусловленной изменением поля температуры в месте заделки термопар в образец и изменением свойств материала термопар.20 Известен способ определен туропроводности твердых тел( чаюцийся в том, что в исслед резце возбуждают ультряэвуко оания вблизи одной из резонансных частот и одновременно с этим осуществляют нестационарный нагрев поверхности образца. Изменение амплитуды колебаний, обусловленное изменением резонансной частоты образца в результате нагрева, регистрируют с помоцью приборов, нахо дят постоянную времени изменения амплии по известным, соотношениям опре-т температуропроводность образца,Недостатком способа является большая погрешность при измерениях на образцах материалов, обладающих большимкоэФфициентом затухания ультразвуковых колебаний, например, полимерных материалов.Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений температуропроводности материалов с большим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний.Дел я40 где 78249ческими свойствами, изготовленным изматериала с малым коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний, возбуждают в системе резонансные колебания на . частоте, вблизи которойнаблю,дается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от частоты, и по скорости изменения амплитуды колебаний системы, состоящей из исследуемого и эталонного образцов, нахо одят температуропровоцность материалаисследуемого образца,На фиг. 1 изображена система .опре-,деления температуропроводности, нафиг, 2 - резонансные кривые измененияамплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения.Систему, состоящую иэ исследуемого1 и эталонного 2 образцов, размещаютмежду звукопроводами 3, через которыеосуществляется возбуждение и регистрация колебаний. Механическое соединениеобразцов осуществляют с помощью пружинящего элемента 4. Нестационарноетемпературное поле в исследуемом образце создают путем воздействия на егоплоскую поверхность импульсного теплового потока.Условие применимости такой схемыизмерения заключается в том, чтобы время переходного теплового процесса в.эталонном образце было много меньше,чем время переходного теплового про цесса в исследуемом образце.Постоянная времени переходного теп 35лового процесса исследуемого образцаопределяется по формуле- толщина исследуемого образца,г% =3,14,С( - температуропроводность материала исследуемого образца,3Постоянная времени переходного теплового процесса эталонного о разца оптределяется по формулеС = , где- толщина эталонного образца,2,д - темцературопров одность матерка ла эталонного образца..Тогда условие применимости способаможно записать в виде Г т) Ф, Такоеусловие можно выполнить путем выбораэталонного образца с малой толщиной 55-например пэ алюминия (ог= 8,9,10 м/с). Известно, что изменение температурызадней поверхности исследуемого плоскогообразца при импульсном тепловом воэдействии на его переднюю поверхностьописывается формулой Ь Г-сОИ 5, "где,ДТ - приращение температуры задней поверхности исследуемогообразца;- время, отсчитываемое с момента начала теплового воздействия,Поскольку тепловая постоянная иремени эталонного образца существенно меньше, чем исследуемого, его температураменяется по тому же закону, что и температура задней поверхности исследуемого образца, Изменение температурыприводит к изменению параметров колебаний эталонного образца, которые измеряются в эксперименте. Пусть Р - резонансная частотаРэталонного образца, а 1 - соответствующая резонансная кривая, характеризующая изменение амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения.При возбуждении образца на частоте с,б, вблизи которой наблюдается наиболее сильная эаиисимость амплитуды резонансных колебаний от частоты, амплитуда колебаний будет равна А . Если теперь провести нагрев одной стороны образца, то в результате изменения температуры эталонного образца и соответствующего изменения модуля упругости материала резонансная частота эталонного образца изменится и станет раиной некоторому новому значению Р , а соответствующая резонансная кривая будет иметь вид П.При неизменных прочих условиях амплитуда колебаний образца примет новое значение Л 2 , При правильном выборе рабочей частоты с,в на участке, где наблюдается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от частоты, изменение амплитуды Ь А=г=А -А будет линейно связано с изменением резонансной частоты эталонного обРазца д р =. Р - 1 р. В случае отклонения рабочей частоты от указанного участка связь между изменением резонансной частоты и амплитуды будет нелинейной, В свою очередь, изменение резонансной частоты эталонного образца линейно зависит от изменения температуры ДТ, ввиду малости ЬТ .Поэтому изменение амплитуды колебаний эталонного образца будет происходить7824945 6по такому же закону, что и изменение .т повысить точность ультразвуковыхТ д А = союМЕ -(4, Таким об- измерений в 5-10 рцэ надежность полуразом, оиреаеляя изменение во времени чаемых ре;ультатов.амплитуаы ультразвуковых колебаний Применение способа позволяет провоэталонного образца, можно рассчитыватьаить измерения температуропровоаноститемпературопровоаность исследуемого об- малых образцов материала простойфорразца по формуле ЬТдА=сооь". мы (пластины толщиной 2-4 мм, аиаметСигнал высокой частоты от генерато- ром"-10 60 мм) в различных условияхров 5 или 6(см. фиг. 3) частота кото- эксперимента.рого измеряется частотомером 7, подает Ося на пьезопреобразователь 8, где преоб 4разуется в механические колебания, Через ф о р м у л а и э о б р е т е н и язвукопровод 9 механические колебанияСпособ определения температуропропередаются системе исследуемого 10 иводности материалов путем создания. неэталонного 1 1 образцов, механически со,еаиненных с помощью пружинящего эле- стационарного температурного поли в исслевмента 12, Колебания эталонного браз- дУемом обРазце и из Ремом азце и изме ения изменения вов емени зонансной частоты и амплитуаыца через звукопровод 13 передаются времени Резонансноймеханических колебаний образца, о тпьезопреобразователю 14, где преобразул и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюются в электрический сигнал, Импульс.,повышения точности и надежности изменый нагрев системы образцов осущест- рений температуройроводности материнвляют с помощью лампы-вспышки 15,лов сбольшимкоэффициентом затуханияЭлектрический сигнал с преобразователя, колебаний, исследуемый образец механиусиливается усилителем 16, фильтруетсячески соеайняют с "эталонным образцомфильтром 17 и наблюаается на экране,известными физическими свойствами, изосциллографа 18, Низкочастотная состав-готовлейным из материала с малым коэфляющая сигнала, соответствующая профициентом затуханйя колебаний, возбужцессу изменения амплитуды колебанийдают в системе резонансные колебанияэталонного образца в результате нагрева,. на частоте, вблизи которой имеет местовыделяется с помощью детектора 19 и.З 0 максимальная зависимость амйлитуаы ревыводится на ленту самописца 20. Дляисключения влияния исследуемого образца зонансных колебаний от ч тозонансных коле ани от частоты; и пона ультразвуковые колебания эталонцогоскорОсти иЗменения амплитуды колебаобразца сцепление между ними осуществ-, ний системы, состоящ й дуний системы, состоящей из исследуемоголяют с незначительными усялиями (л 3" и эталонного образцов, находят темпе 10 Г/см ), кроме того, используют радиратуропроводность материала исслеауеальные типы колебаний эталонного образ- мого образца.ца. При указанных условиях погрешностьопределения температуропроводности сос- Источники информации,тавляетсм 5-:6%; принятые во внимание при экспертизеИзмерения, проведенные на известных 1, Петруннна Г И. и Юрчак Р.П.40образцах из резины, текстолита и фторо- Установка аля измерения темпеоатуропласта совпали с известными даннымипровоаности материалов методом плосв пределах погрешности измеренйй. ких температурных волн, ТВТ,3.Применение эталонного образца для 1971.определения температуропроводности ма 2. Авторское свидетельство СССРтериалов с большим коэффициентом зату-342117, кл, 501 М 25/20, 1972хания ультразвуковых колебаний позволя- (прототип),фиг. Дч. Билак Редактор Е. Хе аказ 647 5 филиал ППГ 1 "Патент", г. Ужгород., ул. Проектна ВНИИПИ по дел 113035, оставитель Л. Поляковехред А М Еоррек Тираж 883 осударственног м изобретений Л 1 осква, Ж,Подписноекомитета СССРи открытийРаушская наб., д. 4/