HU189716B - Method and appaeatus for non-destructive testing the heat physical characteristics of materials - Google Patents

Description

Á találmány tárgya eljárás és berendezés anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére.

Ismeretesek különféle megoldások anyaga, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek mérésére, amelyeknél az anyagból mintát készítenek, a minta egyik oldalával hőt közölnek, és mérik a minta másik oldala felületi hőmérsékletének időbeli változását.

Az Ismert megoldások csak kifejezetten laboratóumi célú, nem hordozható kivitelű berendezések kialakítását teszik lehetővé. Ugyanakkor a mérés és kiértékelés folyamata térben és időben szétválasztott, hosszadalmas és munkaigényes. A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése.

A találmány feladata olyan eljárás és berendezés létrehozása, amely egyszerű alakú, kis méretű minta és egyszerű hőforrás alkalmazása mellett, egyszerű mérési elrendezéssel, hordozható berendezéssel gyors és egyszerű mérést tesz lehetővé.

Az elsődleges feladat megoldása olyan eljárás anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetést tényezőjének roncsolásmentes mérésére, amelynek során az anyagból mintát készítünk, a minta egyik oldalával hőt közlünk, és mérjük a minta másik oldala felületi hőmérsékletének időbeli változását, és amelynél a találmány értelmében a hőközlést píllanatszerűen végezzük.

Előnyös, ha a hőközlést a minta felületére irányított fényimpulzus útján végezzük. Előnyös továbbá, ha a pillanatszerű hőközlés nyomán a múlta másik oldalán létrejövő felületi hőmérsékletváltozást pontszerűen csatlakoztatott hőmérsékletérzékelő segítségével méijük.

A minta másik oldalán vékony vezetőréteg alkalmazása. Előnyös az is, ha a pillanatszerű höközlés nyomán a minta másik oldalán létrejövő felületi hőmérsékletváltozás időbeli görbéjének egyes jellegzetes pontjait kiválasztva értékeljük ki a mérést.

A másodlagos feladat megoldása olyan berendezési anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére, amelynek hőközlő egysége, mintatartója és a minta felületéhez csatlakoztatott hőmérsékletérzékelője van, és amelynél a találmány értelmében a hőközlő egység villanócső, és a minta a hőmérsékletérzékelővel egybeépítve árnyékoló anyagból készített mintatartóban van elrendezve.

A találmány szerinti berendezésnek előnyösen legalább két hőmérsékletérzékelője van. Előnyös továbbá, ha a találmány szerinti berendezésnek villamos jelet adó hőmérsékletérzékelője van, amelyre előerősítő van csatlakoztatva, és az előerősítő egybe van építve a múltával és a hőmérsékletérzékelővel. A hömérsékletérzékelő előnyösen tűszerű kialakítású. Végül előnyös, ha a hőmérsékletérzékelő analóg-digitalis átalakítón át mintavevő-tartó egységre van csatlakoztatva, az analóg-digitális átalakító és a mintavevő-tartó egység közös vezérlőegységgel van összekötve, és a mintavevő-tartó egység kimenete kijelző egységre van csatlakoztatva.

A találmány szerinti megoldás alkalmas bármely szilárd anyag hőfizikai anyagjellemzőinek gyors meghatározására. A mérés a találmány szerinti módon ugyanazon az anyagon tetszés szerinti alkalommal és roncsolásmentesen elvégezhető. A vizsgálandó anyagból egyszerű alakú és kis méretű mintát keH csak készíteni. A találmány szerinti berendezés egyszerű felépítésű, hordozható kivitelben is elkészíthető.

A találmányt az alábbiakban a csatolt rajzokon vázolt kiviteli példa kapcsán ismertetjük. Az

1. ábra a példa szerinti berendezés mérőegységének elvi vázlata, és a

2. ábra a példa szerinti berendezés feldolgozó egységének tömbvázlata.

Λζ 1. ábra szerinti mérőegységek termikusán és elektromosan árnyékoló anyagból készült, fazék alakú T mintatartója van, amelynek belső terében helyezkedik el a vizsgált anyagból készített M minta. Az M minta külső oldalával szemben hőfonásként V villanócső van elrendezve, amely az általa kibocsátott fényimpulzus hősugárzásának egyenletes felületi eloszlását biztosító (nem ábrázolt) optikai elemek kel van ellátva. A V villanócső és az M minta közötti távolság változtatásával szükség szerint beállítható a kívánt hőáramsűrűség.

Az M minta belső oldalához két tű alakú K hőmérsékletérzékelő van pontszerűen csatlakoztatva. A K hőmérsékletérzékelők hőmérséklet-feszültség átalakítók, amelyek E előerősítő bemenetére vannak csatlakoztatva.

A T mintatartón belül az M minta, a K hőinérsékletérzékelők és az E előerősítő szorosan egybeépített egységet képeznek. Ezzel egyrészt biztosítható, hogy minimális legyen a minta hővesztesége, más részt maximális villamos zavarérzéketlenség érzékelhető el.

Az M minta és a T mintatartó közötti hőtranszport minimumra csökkentését a T mintatartó belső falának megfelelő kiképzésével érjük el.

A tűszerű K hőmérsékletérzékelők meghatározott nyomással csatlakoznak az M minta belső oldali felületéhez. A csatlakozásnál olyan nagyságú érintkezési felületet alakítunk ki, hogy a hőkapcsolat még megbízható maradjon, de a hőelvezetés minimális legyen. A K hőmérsékletérzékelők a T mintatartón belül igen rövid vezetékkel kapcsolódnak az E előerősítőhöz, hogy az elektromágneses és elektrosztatikus zavarás minél kisebb legyen. Az. E előerősítő kisimpedanciás kimenetű, így a feldolgozó egységhez való kapcsolása nem jelent problémát. A bemutatott mérőegységgel igen széles tartományban mérhető a hőmérsékletvezetési tényező, tehát egyaránt alkalmas jó és rossz hővezető anyagok vizsgálatára. Mivel a rossz hővezető anyagok rossz villamos vezetők is (és fordítva), az M minta belső oldalán vékony vezető réteg szórással való felvitele szükséges. Ez a réteg - vékony volta miatt, — az M minta geometriai méreteit és hőfizikai jellemzőit olyan kis mértékben változtatja meg, hogy a mérési pontosságot nem befolyásolja.

A 2. ábra szerinti feldolgozó egység az 1. ábra szerinti mérőegység E előerősítőjének kimenetével összekötött bemenetű analóg-digitális A/D átalakítót tartalmaz, amely követő típusú jel-digitalizálóként van kialakítva. Az analóg-digitális A/D átalakító kimenete mintavevő-tartó M/T egység bemenetével, az utóbbi kimenete pedig kijelző D egység bemenetével van összekötve. Az analóg-digitális A/D átalakító és a mintavevő-tartó M/T egység közös VE vezérlő-22

189 716 egységgel van kétoldalú összeköttetésben. A VE vezérlőegységhez K kezelőegység van csatlakoztatva. A kijelző D egység P perífériaillesztőn át (nem ábrázolt) számítógéphez csatlakoztatható információbevitel és -kivitel céljából. A P perifériaillesztő a K kezelőegységgel is össze van kötve. A 2. ábra szerinti feldolgozó egység a következőképpen működik:

Az E előerősítő U feszültségjele az analóg-digitális A/D átalakítóban kerül. Az átalakítás után kapott digitális jelinformációból a mintavevő-tartó MfT egység csak az előre meghatározott jellemző pontokat rögzíti. Az ily módon rögzített Összetartó hőmérséklet-idő értékpárok a kijelző D egységen megjeleníthetők, illetve a P perifériaillesztőn át számítógépbe vihetők. A VE vezérlőegység szervezi a mérés és a kiértékelés folyamatát. A K kezelőegységen át vihetők be a mérési és kiértékelési folyamathoz szükséges külső információk. A P perifériaillesztőn át is végrehajtható információbevitel.

A V villanócső által leadott fényim pulzussal járó hőimpulzus az M minta külső oldalához érve annak belsejében hőtranziens folyamatot hoz létre. A belső oldalon elrendezett K hőmérsékletérzékelők segítségével a hőmérséklet időbeli változását követő feszültségjelet kapunk. Mivel az M mintában a hőmérsékletváltozás igen kicsi, a hőmérséklet-feszültség kapcsolat lineárisnak tekinthető.

A jelfeldolgozás során a feszültség-idő függvényből néhány jellegzetes pontot emelünk ki. Ezeket a jelenségre konstruált megfelelő matematikai modell alapján határozzuk meg. A kérdéses hőfjzikai anyagjellemző a mért értékek és a matematikai modell megoldás-sorozatának egybevetéséből állapítható meg.

Claims (10)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére, amelynek során az anyagból mintát készítünk, a minta egyik oldalávalí hőt közlünk, és méljük a minta másik oldala felületi hőmérsékletének időbeli változását, azzal jellemezve, hogy a hőközlést piflanatszerűen végezzük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a hőközlést a minta felületére irányított fényimpulzus útján végezzük.
3. 3. Az 1. vagy 2. Igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a pillanatszerű hőközlés nyomán a minta másik oldalán létrejövő felületi hőmérsékletváltozást pontszerűen csatlakoztatott hőmérsékletérzékelő segítségével mérjük.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal j el lemezve, hogy a minta másik oldalán vékony vezetőréteget alkalmazunk.
5. 5. Λζ 1—4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal j el lemezve, hogy a pillanatszerű hőközlés nyomán a minta másik oldalán létrejövő felületi bőmérsékletváltozás időbeli görbéjének egyes jellegzetes pontjait kiválasztva értékeljük ki a mérést.
6. 6. Berendezés anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai jellemzőinek, különösen hőmérsékleivezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére, amelynek hőközlo egysége, mintatartója és a minta felületéhez csatlakoztatott hőmérsékletérzékelője van, azzal jellemezve, hogy a hőközlő egység villanócső (V), és a minta (M) a hőmérsékletérzékelővel (K) egybeépítve árnyékoló anyagból készített mintatartóban (T) van elrendezve.
7. 7. A 6. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal j el 1 e m e z v e, hogy legalább két hőmérsékletérzékelője (K) van.
8. 8. A 6. és 7. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal j el 1 e m e z v e, hogy villamos jelet adó hőmérsékletérzékelője (K) van, amelyre előerősítő (E) van csatlakoztatva, és az előerősítő (E) agybe van építve a mintával (M) és a hőmérsékletérzékelővel (K).
9. 9. A 6—8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal j el 1 e m e z v e, hogy tűszerű hőmérsékletérzékelője (K) van.
10. 10. A 6-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal j ell eraezve, hogy a hőmérsékletérzékeld (I) analóg-digitális átalakítón (A/D) át mintavevő-tartó egységre (M/T) van csatlakoztatva, az analóg-digitális átalakító (A/D) és a mintavevő-tartó egység (M/T) közös vezérlőegységgel (VE) van összekötve, és a mintavevő-tartó egység (M/T) kimenete kijelző egységre (D) van csatlakoztatva.