Способ определения температуропроводности материалов

)5 601 М 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБР К " АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ЕТЕНИ 2(57) Изобретение относится к техническойфизике и может быть использовано при определении теплофизических характеристик едагогиче- твердых тел, а также де йерирушающегоактивного теплового контроля материалов и изделий. Цель изобретения -упрощение оп- СР: ределения температурбпроводности, для 4. этого при периодическом сканировании СР .:.:теплового излучения от образцов одновре.менно с амплитудным значением измеряютсреднее значение сигнала дагчикаи по этим МПЕРАТУ- значениям определяют температуропро- ОВ, водность образцов. 3 ил,Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофиэических характеристик твердых тел, а также для нераэрушающего активного теплового контроля материалов и изделий.Наиболее близким по техйической сущности решением, взятым эа прототип, является способ : определения . температуропроводности матерйалов, включающий нагрев образцов точечным ис- точником энергии, измерение теплового излучения от поверхности образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного с источником энергии, периодическое сканирование теплового излучения от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку на-.грева, и с максимумом температуры, находящимся в точке пересечения с линией в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ. ГКНТ СССР 1(71) Свердловский инженерноский институт(56) Авторское свидетельство СМ 1201742, кл 6 01 й 25/18, 19Авторское свидетельство СМ 1695203, кл. 6 01 й 25/18; 19(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛ1 Т 55149 А 1 нагрева, измерение амплитудного значения имйульсного сигнала датчика, определение скорости перемещенйя источника энергии относительно образцов и зависимости координат точки визирования"датчика от времени. В этом способе сканирование пройзводят по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым углом. Температуропроводность определяют по длительности импульсного сигнала датчика температуры на уровне, составляющем фиксированную часть отего амплитудного значения.Недостатком способа является сложность определения температуропроводности.Цель изобретения - упрощение определения температуропроводности.Поставленная цель достигается тем, что в способе определения температуропроводности материалов, включающем нагре образцов точечным источйиком энергии, из(1) =Х(1)/Хо ), -уравнения движения точкигп(т) = У(фХо)визирования в относительных коорди: натах;Х = Х(1) . - уравнения движения точкиу:(,)1визйрования в декартовых координатах Х,О, У с центром в точке нагрева и осью Х,совмещенной с направлением перемещения источника;Хо - расстояние от точки нагрева доближайшей точки пересечения пинии нагрева и траектории сканирования,Т - перйод сканйрования.На фиг. 1 приведена схема осуществления способа; на фиг. 2 - графики зависимо сти координа)т точки визирования отвремени и сигнала датчика температуры дляравномерного сканирования по прямой, пересекающей линию нагрева под прямым углом; на фиг. 3 - график функции Ч(Е). 5Сосредоточенный источник 1 энергии(фиг, 1) и датчик 2 температуры расположены подподвижной платформой, на которойустаноалены исследуемые образцы 3 и 4. 3оперение теплового йзлучения от поверхностей образцов, датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко связанного с источником энергии, периодическое сканирование теплового излучения от поверхностей образцов по траектории,не пересекающей точку нагрева, и с макси. мумом: темйературы, находящимся в точке пересечения с линией йагрева, йзмерение амплитудного значений импульсного сигнала датчика, определение скорости перемещения источника энергии относительно образцов и зависимости координат точки визирования датчика от времени, одновременно с амплитудным значением измеряют среднее значение сигнала датчика, а температуропроводность определяют по формуле а-. 2,. ц д ю .. (1) где а - температуропроводность; .Ч - -скбрость перемещения источника относительно образцов,Оср и Отп- среднее и амплитудное значение импульсных сигналов датчика,(й) 3 п 1 (с) 4Оптико-механическое сканирующее устройство 5 установлено перед входным окном датчика 2 так, чтобы сканировать тепловое излучение от поверхностей образцов 3 и 4 5 по прямойлинии, пересекающей линию нагрева под прямым углом, К выходу датчика 2 температуры подключен вход усилителя 6;: а его выход - одновременно к выпрямителю 7 амплитудного значения и выпрямителю 8 10 Среднегозначения, Выходы обоих выпрямителей подсоедийены к регистраторам 9 и 10.В качестве сосредоточенного источника 1 энергии могут использоваться лампа накаливания с фокусирующей системой или ла зер (например ИЛГН). В качествесканирующего устройства 5 - оптико-механический дефлектор с качающимся зеркалом. Датчик 2 температуры построен на основе пироэлектрического приемника оп тического излучения МГ-ЗО, Усилитель 6 ивыпрямители 7 и 8 собраны на операционных усилителях К 140 УД 14. В качестве регистраторов 9 и 10 иСпользованы самопишущие потенциометры КСП 4, 25 Способ осуществляют следующим об-.разом.Образцы 3 и 4 перемещают с постоянной скоростью в пределах 2 - 10 мм/с. При .этом происходит нагрев образцов 3 и 4 ис точником 1 энергии, Датчик 2 за счет колебания зеркала сканирующего устройства 5 сканирует тепловое излучение от поверхностей образцов 3 и 4 по прямой линии, пересекающей линию нагрева под прямым 35 углом. Импульсный сигнал датчика 2 усили-вается усилителем б. На выходе выпрямителя 7 формируется напряжение, равное амплитуде импульсов, а на выходе выпрямителя 8 - напряжение, равное среднему зна чению импульсов. Регистраторы 9 и 10записывают на диаграммной ленте амплитудные и средние значения сигналов. На основе амплитудных значений определяют теплопроводность. Для определения темпе ратуропроводности определяют (например,по скорости вращения и шагу винтовой передачи подвижной платформы) скорость перемещения образцов 3 и 4 и зависимостькоординат 1 очки визирования датчика 2 от 50 времени.Рассмотрим случай равномерного движения точки визирования по траектории (фиг. 2). Поскольку максимальные значения сигнала датчика температуры 0 (фиг. 2 б) 5 будут наблюдаться при пересечении траектории линии нагрева (фиг. 2 а), то частота импульсов на выходе датчика будет в два раза выше частоты сканирования. Можно показать, что в этом случае формула (2) преобразуется к следующему виду:"1. )2 т где У - амплитуда колебаний.Графики функции Ч(Е) для нескольких значений параметра У/Хо приведены на фиг, 3.П р и м е р, В качестве исследуемого образца используется пластина из оптического стекла ЛК 6 толщиной 60 мм. С диаграм- мных лент самопишущих потенциометров 9 и 10 сняты значения амплитудного и среднего напряжений на выходе усилителя 6; О = = 8,30 В, Оср = 0,625 В, Отношение Оср/Оа равно 0,625/8,30 =0,075. Скорость перемещения платформы с образцами равна Ч = 2 мм/с. Расстояние от точки нагрева до точки пересечения траектории и линии нагрева и амплитуда колебаний точки визированйя: Хо = 20 мм, Уп = 60 мм, По графику на фиг, 3 для У/Хо =3 определяем Е (0,075) = 31. Подставив значения Ч, Хо. Л в формулу (1), получают; а =0,65 106 м 2/с, Технико-экономическая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом и ри использовании его в приборах для определения теплофизических свойств материалов обусловлена упрощением определения температурапроводности за счет замены сложной операции измерения длительности импульсных сигналов на уровне, со"тавляющем фиксированную часть от амплитуды, более простой операцией определения среднего значения импульсного сигнала и соответствующим удешевлением устройства для осуществления способа, Формула изобретения Способ определения температуропроводности материалов, включающий нагрев образцов точечным источником энергии, измерение теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температурь 1 при взаимном относительном перемещении по прямой линии образцов и датчика, жестко2 где Ч - скорость перемещейиотносительно образцов;Оср и О - среднее и ампл25 чение импульсных сигналов датЕ (Оср/Ов) - функция, обратг() сточника итудное значика;ная функции 0 где т - время;3(т) = Х(т)/Хо (. - уравнениядвиженгп(т) = У(т)/Х)точки визирования в относительных координатах;Х= Х(т)- уравнения движения точкиУ = У(т)визирования в декартовых коор40 ХОУ с центром в точке нагрева исовмещенной с направлением пения источника;Хо - расстояние от точки нагрева доближайшей точки пересечения линии нагре45 ва и траектории сканирования;Т - период сканирования,и ди натах осью х, реме ще связанного с" источнйком энергии, периодическое сканирование теплового излучения от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку нагрева, и с макси мумом температуры, находящимся в точкепересечения с линией нагрева, измерение амплитудного значения импульсного сигнала датчика, определение скорости перемещения источника энергии относительно 10 образцов и зависимости координат точкивизирования датчика от времени, от л и ч аю ш, и й с я тем, что с целью упрощения определения температуропроводности, одновременно с амплитудным значением из меряют среднее значение сигнала датчика,а температуропроводность а определяют по формуле1755149 Р,Л ринский ал Корректор Т.Пали овтин едакто жомйтета по изоосква, Ж, Р роиаеодстеен но-налетел ьский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул. Га Составитель С, ехред М,Морге каз 2887 .. ТираВНИИПИ Государственного к1130 ц, М Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССР ская наб 4/5