Способ определения теплофизических свойств материалов

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4 (5 11 25 18 ТЕНИ ЕТЕЛЬСТ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ(71) Московский ордена Трудового Кра,сного Знамени геологоразведочный институт нм, С. Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССРМ 211835, кл. й 01 й 25/18, 1968.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 3373088/18-25,кл, 5 01 М 25/18, 27,09.82 (лрототип),(54)(57) СПОСОБ ОИРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОфИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включающий нагрев эталона и исследуемыхобразцов точечным источником энергии,перемещаемым вдоль эталона и образцовс постоянной скоростью, регистрациюдатчиком температуры избыточных предельных температур поверхности эталона и образцов по линии нагрева с фиксированным отставанием от источникаэнергии и определение теплопроводности образцов по зарегистрированным избыточным предельным температурам,о т л и ч а .ю щ и й с я тем, что,.с целью расширения функциональныхвозможностей путем измерения температуропроводности и области примененияспособа путем дифференциации областей 801138722 А с различными теплофизическими свойствами в неоднородных материалах одновременно по.всей исследуемой поверх. ности образцов, перед нагревом эталона и исследуемых образцов подвижным точечным источником энергии нагревают эталон и исследуемые образцы равномер- ьГФ но распределенным источником энергии в течение определенного заданного заранее времени, регистрируют температурное распределение одновременно по всей нагретой поверхности эталона и исследуемых образцов, что осуществляют преимущественно при помощи быстродействующего .тепловизора или пленки жидких кристаллов, по температурномураспределению выделяют интересующие области образцов, измеряют. интервалы времени после включения равномерно - распределенного источника, когда из-, быточная температура поверхности эта Ф лона и выделенных областей исследу"1 СФ емых образцов достигает заданного за ранее одинакового для эталона и исследуемых образцов значения, и после 9 еай определения теплопроводности выделен.-, ных областей, проведейного с помощью подвижного точечного источника, по результатам измерений определяют температуропроводность выделенных областей.1 11381Изобретение относится к технической физике и может быть использовано;для определений теплофизическихсвойств материалов, например при геологических и минералогических иссле 5дованиях.Известен. способ определения теплопроводности твердых тел, заключающийся в том, что создают тепловой поток сначала на эталонном образце, азатем на исследуемом образце и по результатам измерений температурных перепадов на эталонном и исследуемомобразцах определяют теплопроводностьисследуемого образца .13,Недостатком данного способа является необходимость измерений на двухпротивоположньп. поверхностях образцаи отсутствие в зможности регистрировать распределение тепловых свойствпо образцу при его неоднородности.Известен способ определения теплофизических свойств твердых тел, заключающийся в том, что осуществляютнагрев эталона и исследуемык образцов 5точечным источником энергии, перемещаемым вдоль эталона и образцов с постоянной скоростью, регистрируют датчиком температуры избыточные предельные температуры поверхности эталонаЗОи образцов по линии нагрева с фиксиро-,ванным отставанием от источника энергии и определяют теплопроводностьобразцов по зарегистрированным избыточным предельным температурам 1 21.Однако ввиду отсутствия картиныраспределения тепловых свойств по образцу при исследованиях неоднородныхобразцов не удается сразу выявить интересующие области образца и исследовать их теплофизические свойства,а приходится подвергать построчномуисследованию весь образец, и, крометого, ввиду использования нагреватолько одним типом источника нельзяопределить температуропроводностьинтересующих областей неоднородногообразца.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейпутем измерения температуропроводности и области применения способа путем дифференциации областей с различ"ными теплофизическими свойствами внеоднородных материалах одновременнопо всейисследуемой поверхности образцов. Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения теп лофизических свойств материалов, включающему нагрев эталона и исследу. емых образцов точечным источником энергии, перемещаемьи вдоль эталона и образцов с постоянной скоростью, регистрацию датчиком температуры избыточнь 1 х предельных температур поверхности эталона и образцов по линии нагрева с фиксированным отставанием от источника энергии и опреде- . ление теплопроводности образцов по зарегистрированным предельным температурам, перед нагревом эталона и исследуемых образцов подвижным точечным источником .энергии нагревают эталон и исследуемые образцы равномерно распределенным источником энергии в течение определенного заданного заранее времени, регистрируют температурное распределение одновременно по всей нагретой поверхности эталона и исследуемых образцов, что осуществляют преимущественно при помощи быстродействующего тепловизора или пленки жидких кристаллов, по температурному распределению выделяют интересующие области образцов, измеряют интервалы времени после включения равномерно распределенного источника когда избыточная температура поверхности эталона и выделенных областей исследуемых образцов достигает заданного заранее одинакового для эталона и исследуемых образцов значепия, и после определения теплопроводпости выделенных областей, проведенного с помощью подвижного. точечного источника, по результатаь 1 измерений определяют температуропроводность выделенных областей.Сущность предложенного способа заключается в следующем.Нагревают поверхность эталона и исследуемых образцов равномерно распределенным источником энергии, который, например, может быть выполнен на основе серии ( 5-10 штук) электроламп типа КГМ-220 с использованием Плоского отражателя, в течение определенного, заданного заранее времени, В процессе нагрева или после его окончания регистрируют температурное распределение по нагретой поверхности эталона и исследуемых образцов. Такал регистрация может быть осуществлена, например, при помощи быстродействующего тепловизора (например; тепловиэоров "АОА", "АСА-б 80", "АСА", "АСА"), В1138при измерениях, выполненных в процессе нагрева эталона и исследуемых образцов равномерно распределенным источником.П р и м е р, Требуется выделитьобласти тел . изических неоднородпостей и определить теплопроводностьи температуропроводность этих облас тей на образце горной породы, включающем сланец,вкрапленные пирит и1 Оихальконирит. В качестве эталона выбирают образец белого мрамора с 3== 2,75 Вт/м.К и а . = 1,21 10 мтс.В качестве равномерно распределенного источника используют источник,построенный на восьми лампах типаКГМ-220 с неравномерным шагоммежду лам,ами для достижения равномер-.ного теплового потока в области нагрева. Для регистрации температурного распределения нагреваемой поверхности эталона и исследуемого образцаиспользуют тепловизор модели "АСАоаэи,680 , имеющий две регулируемые изо,термы на своем экране,Устанавливают две изотермы (низкотемпературную и высокотемпературную) так, чтобы разность температур,соответствующих этим изотермам, со ставляла 5-7 К.30В поле зрения тепловизора помещаютэталон и настраивают тепловизор так,чтобы низкотемпературная изотермазалолняла на экране поверхность эталона, т.е. соответствовала начальнойтемпературе эталона. Послеэтого начинают нагрев поверхности эталона,иэображение которой наблюдали,на экране тепловизора, равномерно распределенным источником в течение 3,0 с.После выключения источника. наблюдают40изображение нагретой поверхности эталона на экране тепловизора и фиксируют момент времени С после началазтнагрева, когда высокотемпературнаяизотерма заполняет изображение на 45гретой поверхности эталона. Измеренияпоказывают, что этот момент временисоответствует й = 12 1 с послеЭт фвключения равномерно распределенногоисточника. После этого в поле зрения тепловизора помещают исследуемый образец горной породы, имеющий плоскую поверхность, так, чтобы плоская поверхность 55 была обращена к приемной камере тепловизора, Настраивают тепловизор так, чтобы низкотемпературная изотерма за 722 8полняла на экране поверхность исследуемого образца. т.е. соответствова ла начальной температуре исследуемого образца горной породы. Разность температур между низкотемпературной и высокотемпературной изотермами остается неизменной, такой же, как и при нагреве и наблюдении эталона.Затем начинают нагрев поверхности исследуемого образца, изображение которойнаблюдали на экране тепловизора, равномерно распределенным источником 6,5 с. Большая, чем при нагреве эталона, длительность действия равномерно распределенного источника связана с тем, что исследуемый образец может содержать такие отличные от материала эталона минералы, как пирит и халькопирит, нагрев которых до заданной избыточной температуры требуетбольшего, чем нагрев эталона, времени.После выключения равномерно распре- ,деленного источника наблюдают на экране тепловизора температурное раснределение одновременно по всей нагретой поверхности исследуемого образца, выделяют по этому изображениюобласти, которые представляют интерес для дальнейших исследований.Затем фиксируют моменты временипосле начала нагрева ,исследуемогообразца, когда высокотемпературнаяизотерма совпадает с упомянутыми областями (й = 8,8 с, й = 14,5 с,= 22,5 с; С, = 52,1 с).Далее помещают исследуемый образецна подвижную платформу вместе с эталоном, перемещают их так, чтобы подвижный точечный источник тепловойэнергии (луч лазера типа ИЛГН)перемещался последовательно по исследуемому образцу и эталону с постояннойскоростью (5 10 м/с), и регистрируют избыточную предельную температуру нагреваемой поверхности исследуемого образца и эталона по линиинагрева с фиксированным отставанием(1,5 10 2 м/с 1. от точечного источника. Регистрацию избыточной предельной температуры осуществляют по элекромагнитному излучению поверхностиизмерителем температуры, построенномна пироэлектрическом приемнике с использованием фокусирующей линзы и:из"Умеряют избыточные предельные температуры.Они составляют 8 = 1,30 К, . 9 =2,2 К, 6., - .32 К, 8 6,3 К, ПоСоставитель В. ФилатоваРедактор П, Коссей Техред Л.Коцюбняк Корректор О. Билак Заказ 10680/34 Тираж 897 , Подписное ВНИИПИ Государсчренного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 11 соотношению (5) определяют теплопроводность выделенных обпастей13,3 Вт/м.К.= 7,88 Вт/м.К, Ь:5,41 Вт/м,К,Второй раэ измеряют избыточные предельные температуры для эталона и для последней из выделенных областей; 9, 6,8 К, Ю, = 6,3 К.По соотноюению (5 определяют теплопроводность последней вьщелен- ной области- 2,5 Вт/м.Ке Затем по результатам измерений по соотношению (6) определяют температуропроводность всех выделенных областейй = 2,90 10 ю м/с;а = 2,2110 м 7 с;а = 1,80 10м 7 с;Р, = 1,02 1 О м 7"с.Последующее изготовление шлифа исследуемого образца показывает,38722 1 Очто в первой выделенной области содержится массивный пирит, во второйвкрапленный .пирит, т третьей вьщеленной области - халькопирит, вчетвертой области - сланец,Предлагаемый способ позволяет вы-,делять области неоднородности материала сразу по всей исследуемой поверхности образцов и дает возможность1 О определить совместно теплопроводностьи температуропроводность вьщеленныхобластей. Предлагаемый способ определения теплофизических свойств материалов успешно опробован в лабораторных ус ловиях,Предлагаемый способ может быть использован, например, для определения теплофизических свойств горных пород и руд с вьщелением рудных прожилков и других минеральных включений, 1