RU2023237C1 - Method of determining layer thickness - Google Patents
Method of determining layer thickness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2023237C1 RU2023237C1 SU4891759A RU2023237C1 RU 2023237 C1 RU2023237 C1 RU 2023237C1 SU 4891759 A SU4891759 A SU 4891759A RU 2023237 C1 RU2023237 C1 RU 2023237C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- material layer
- phase difference
- frequencies
- thickness
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дефектометрических исследований. The invention relates to measuring equipment and can be used for defectometric studies.
Известен способ определения толщины плоcкого слоя, недостатком которого является низкая точность определения искомой величины [1]. A known method for determining the thickness of a flat layer, the disadvantage of which is the low accuracy of determining the desired value [1].
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ [2] , включающий одностороннее импульсное воздействие на слой тепловым импульсным потоком, постоянным во время действия импульса и равномерно распределенным по поверхности слоя, регистрацию изменения температуры на одной из поверхностей слоя и определение его толщины с учетом плотности поглощаемого теплового потока и объемной теплоемкости материала слоя, причем регистрацию изменения температуры ведут непрерывно во время действия импульса и определяют скорость нагрева поверхности слоя, а толщину слоя определяют по участку стабильности вспомогательной функции. Closest to the proposed technical solution is the method [2], which includes a one-sided pulsed action on the layer by a thermal pulse flow, constant during the action of the pulse and uniformly distributed over the layer surface, recording the temperature change on one of the layer surfaces and determining its thickness taking into account the density of the absorbed heat flow and volumetric heat capacity of the material of the layer, and the temperature changes are recorded continuously during the pulse and determine the speed at roar surface layer, and layer thickness is determined by the stability of the auxiliary function portion.
Известный способ отличается низкой точностью. Область его применения ограничена. The known method is characterized by low accuracy. Its scope is limited.
Целью изобретения является повышение точности и расширение номенклатуры измеряемых слоев путем определения толщины слоя материала с низкой теплопроводностью и цилиндрических слоев. The aim of the invention is to improve the accuracy and expansion of the range of measured layers by determining the thickness of the layer of material with low thermal conductivity and cylindrical layers.
В предлагаемом способе отсутствует погрешность, связанная с температурной зависимостью теплофизических свойств и необходимостью определения тепловых потоков. В способе обеспечивается возможность определения скрытых дефектов, раскрывающихся при деформировании материала. In the proposed method there is no error associated with the temperature dependence of thermophysical properties and the need to determine heat fluxes. The method provides the ability to determine latent defects that are revealed during the deformation of the material.
Поставленная цель достигается тем, что в материале создают периодические колебания температуры путем модуляции теплового потока поочередно на двух частотах, толщину слоя определяют по результатам измерения разности фаз между колебаниями теплового потока и температуры в контрольной точке для одной из частот и определения поправки на теплообмен (критерий Био) по измеренным величинам разности фаз для двух частот. Например, для плоcкого слоя толщина слоя может быть определена по формуле
l = , где а - коэффициент температуропроводности материала;
ω- частота колебаний теплового потока;
κ - безразмерный критерий, величина которого для фиксированного числа Био зависит только от l, a, ω и который определяется по результатам измерения величины сдвига фаз между колебаниями теплового потока и температуры в контрольной точке.This goal is achieved by the fact that the material creates periodic temperature fluctuations by modulating the heat flux alternately at two frequencies, the layer thickness is determined by measuring the phase difference between the heat flux and temperature fluctuations at a control point for one of the frequencies and determining the heat transfer correction (Biot criterion ) by the measured values of the phase difference for two frequencies. For example, for a flat layer, the layer thickness can be determined by the formula
l = where a is the coefficient of thermal diffusivity of the material;
ω is the oscillation frequency of the heat flux;
κ is a dimensionless criterion, the value of which for a fixed Bio number depends only on l, a, ω and which is determined by measuring the phase shift between the fluctuations in the heat flux and temperature at the control point.
Толщина цилиндрического слоя материала определяется по зависимостям, принципиально аналогичным приведенной. Плоские многослойные образцы подвергают знакопеременному изгибу в процессе прохождения температурной волны через образец. Изгиб осуществляют в облаcти упругих деформаций материала без потери устойчивости слоев на сжатой стороне и без разрушения. Измерения разности фаз между колебаниями теплового потока на поверхности и температуры в контрольной точке производят при нескольких фиксированных положениях изогнутой пластины либо при медленном изменении величины изгибающего момента и последующем изменением направления его действия. При наличии скрытого дефекта в слоистом материале в одном из положений пластины величина дефекта, например высота зазора воздушной прослойки, будет максимальной, что приведет к увеличению сдвига фаз. The thickness of the cylindrical layer of the material is determined by the dependencies, fundamentally similar to the given. Flat multilayer samples are subjected to alternating bending during the passage of a temperature wave through the sample. Bending is carried out in the region of elastic deformations of the material without loss of layer stability on the compressed side and without fracture. The phase difference between the fluctuations in the heat flux on the surface and the temperature at the control point is measured at several fixed positions of the curved plate or at a slow change in the magnitude of the bending moment and subsequent change in the direction of its action. If there is a latent defect in the laminate in one of the plate positions, the defect size, for example, the height of the gap of the air gap, will be maximum, which will lead to an increase in phase shift.
Поправка на теплообмен определяется непосредственно в эксперименте в качестве интегральной характеристики, что способствует уменьшению погрешности измерения, так как коэффициент теплоотдачи и степень черноты в эксперименте не определяются и не рассчитываются. The correction for heat transfer is determined directly in the experiment as an integral characteristic, which helps to reduce the measurement error, since the heat transfer coefficient and degree of blackness in the experiment are not determined and are not calculated.
На фиг.1 показана схема экспериментальной установки, позволяющей реализовать способ; на фиг.2 и 3 - графики, иллюстрирующие способ. Figure 1 shows a diagram of an experimental setup that allows to implement the method; figure 2 and 3 are graphs illustrating the method.
Установка включает источник электроэнергии 1, соединенный с источником теплового потока и модулятором теплового потока 3, слой исследуемого материала 4, датчик инфракрасного излучения 5, соединенный с потенциометром постоянного тока 6, усилителем 7 и шлейфовым осциллографом 8. В качестве источника теплового потока 2 используют лампу накаливания с параболическим рефлектором. Поток излучения периодически перерывается шторкой с электромагнитным приводом, управляемым сигналами мультивибратора. Указанные элементы составляют модулятор теплового потока 3, переменный сигнал, пpопоpциональный изменению мощноcти теплового потока, с модулятора теплового потока 3 направляется на осциллограф 8. В качестве датчика изменения мощности используют фотодиод (не показан). Фотодиод используется также и в качестве датчика инфракрасного излучения 5. Вместо фотодиода может быть использована термопара с соответствующими динамическими свойствами. При иcследовании материалов с высокой теплопроводностью и высокой частоте колебаний теплового потока вместо шлейфового 8 может использоваться двухлучевой электронный осциллограф. The installation includes an
Изобретение осуществляется следующим образом. The invention is as follows.
Слой исследуемого материала 4 размещают между модулятором теплового потока 3 и датчиком 5. После включения источников энергии 1 и теплового потока 2 включают модулятор 3 и осуществляют подачу переменного теплового потока на поверхность слоя материала 4, возбуждая в нем колебания температуры. Регистрацию колебаний температуры на противоположной поверхности слоя 4 осуществляют при помощи фотодиода 5. Используя потенциометр постоянного тока, компенсируют постоянную составляющую электрического сигнала. Переменную составляющую усиливают при помощи усилителя 7 и регистрируют на фотобумаге осциллографа Н 117-8. При помощи осциллографа 8 регистрируют также колебания теплового потока после модулятора 3. Определяют величину сдвига фаз между колебаниями температуры и теплового потока. Например, для слоя высотой l, состоящего из пластин, эффективная температуропроводность равна
аэф = 0,46 ˙ 10-5 м2/c Подают прерывистый тепловой поток на поверхность образца с частотой ω 0,736 рад/с. Измеряют сдвиг фаз между колебаниями температуры и теплового потока, который составляет φ 208о. Величину безразмерного критерия κ определяют по графику фиг.2, причем κ =4,05,
l = l = = 1,005·10
and eff = 0.46 ˙ 10 -5 m 2 / s. Intermittent heat flux is supplied to the surface of the sample with a frequency ω of 0.736 rad / s. The phase shift between the temperature and heat flux, which is φ 208 about . The size of the dimensionless criterion κ is determined according to the graph of figure 2, with κ = 4.05,
l = l = = 1.00510
В случае, если величина критерия Bi отличается значимо от 0, измерение сдвига фаз φ1(ω) и φ2(2ω) производят на двух частотах ω и 2 ω. По графику фиг. 3 определяют величину критерия Bi, далее по величине φ1(ω) и графику фиг. 2 определяют величину κ и по приведенной выше формуле рассчитывают высоту слоя l.If the value of the criterion B i differs significantly from 0, the phase shift φ 1 (ω) and φ 2 (2ω) are measured at two frequencies ω and 2 ω. According to the graph of FIG. 3 determine the value of criterion B i , then the value of φ 1 (ω) and the graph of FIG. 2 determine the value of κ and, using the above formula, calculate the layer height l.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4891759 RU2023237C1 (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Method of determining layer thickness |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4891759 RU2023237C1 (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Method of determining layer thickness |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2023237C1 true RU2023237C1 (en) | 1994-11-15 |
Family
ID=21550503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4891759 RU2023237C1 (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Method of determining layer thickness |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2023237C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620986C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-05-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for determining thickness of flat layer |
-
1990
- 1990-12-17 RU SU4891759 patent/RU2023237C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1557454, кл. G 01B 21/08, 1987. * |
Журнал Дефектоскопия, М, 1984, N 1, с.41. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620986C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-05-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for determining thickness of flat layer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Adams et al. | Thermal diffusivity and thickness measurements for solid samples utilising the optoacoustic effect | |
JPH08304315A (en) | Measuring method of thermal diffusivity | |
US3672204A (en) | Transient thermal method and means for nondestructively testing a sample | |
Baumann et al. | Determining photothermally the thickness of a buried layer | |
RU2023237C1 (en) | Method of determining layer thickness | |
JPH0795049B2 (en) | Method of measuring thermal diffusivity by alternating current heating, method of measuring thermal conductivity and thermal diffusivity measuring device | |
Zalameda et al. | Thermal diffusivity measurements on composite porosity samples | |
SE424024B (en) | PHOTOTHERMIC METCELL FOR STUDYING THE LIGHT ABSORPTION OF A TEST SUBSTANCE | |
PERALTA et al. | Thermal wave imaging using harmonic detection of the photoacoustic signal | |
SU934335A1 (en) | Method of determining thermo-physical characteristics of polymeric materials | |
RU2788562C1 (en) | Method for determining the complex of thermophysical characteristics of solid construction materials | |
Papp et al. | Heat diffusivity and heat conductivity of Ni near the Curie point | |
SU1267242A1 (en) | Method of determining thermal physical properties of materials | |
JPH0479534B2 (en) | ||
JPS6138410B2 (en) | ||
SU1663428A1 (en) | Method of nondestructive testing of film coat thickness | |
Dongming et al. | Experimental and numerical study on infrared thermal wave imaging | |
JP2005300352A (en) | Thermal constant measuring device | |
Zalameda et al. | Measurement of composite fiber volume fraction using thermal and ultrasonic inspection techniques | |
SU1293606A1 (en) | Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials | |
RU2114421C1 (en) | Method of bispectral pulse-frequency inspection | |
SU1691726A1 (en) | Method of determination of thermal diffusivity of solids | |
SU1689827A1 (en) | Method for determination of thermal diffusivity of solids | |
SU1187047A1 (en) | Method of determining material temperature conductivity | |
RU2330264C1 (en) | Non-destructive method for estimating adhesive strength of coatings |