RU2149387C1 - Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов - Google Patents
Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2149387C1 RU2149387C1 RU96120522A RU96120522A RU2149387C1 RU 2149387 C1 RU2149387 C1 RU 2149387C1 RU 96120522 A RU96120522 A RU 96120522A RU 96120522 A RU96120522 A RU 96120522A RU 2149387 C1 RU2149387 C1 RU 2149387C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- temperature
- heat
- heat source
- time
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов. На исследуемый материал осуществляют многократное импульсное воздействие точечным источником тепла заданной мощности и измеряют отношение интегральных во времени значений температур в двух заданных точках его поверхности, причем каждый последующий тепловой импульс осуществляют в момент достижения отношением интегральных значений температур заданной величины. После чего фиксируют частоту следования температур и интегральное значение температуры в одной из точек. Расчет теплофизических характеристик (коэффициентов тепло- и температуропроводности) осуществляется по формулам, приведенным в описании. Достигнуто снижение энергопотребления источником тепла, повышение оперативности и помехозащищенности процесса определения ТФХ материалов. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относиться к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям. Известен способ определения коэффициента температуропроводности полуограниченного тела в виде стержня, основанный на регистрации интервала времени с момента подачи теплового импульса до момента, соответствующего достижению наперед заданного соотношения между температурами двух разноотстоящих от нагреваемой поверхности точек (Авторское свидетельство N 258665 МКИ G 01 N 25/18, 1970 г.).
Недостатком данного способа является высокое энергопотребление источником и низкая помехозащищенность процесса определения температуропроводности.
Значительно повысить точность определения теплофизических характеристик (ТФХ) позволяют способы с многократным тепловым воздействием на исследуемый материал.
В известном техническом решении, наиболее близком к предлагаемому (Авторское свидетельство N 1728755 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1992 г.) на теплоизолированной поверхности исследуемого материала устанавливают линейный источник тепла, осуществляют многократное тепловое воздействие на исследуемый материал и измеряют температуру на линии действия источника тепла и на заданном расстоянии от этой линии. При этом импульсное тепловое воздействие производят в моменты времени, когда соотношение измеряемых избыточных температур соответствует заданному ряду чисел. Коэффициенты тепло- и температуропроводности определяют по формулам
a = x2/4F, (1)
(2)
где λ и a - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности; x - заданное расстояние от линии действия источника тепла до термодатчика; e - натуральное число; Q - энергия, выделяемая единицей длины линейного нагревателя; F - частота следования импульсов; T1 - избыточная температура в момент подачи второго теплового импульса на расстоянии x от источника тепла.
a = x2/4F, (1)
(2)
где λ и a - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности; x - заданное расстояние от линии действия источника тепла до термодатчика; e - натуральное число; Q - энергия, выделяемая единицей длины линейного нагревателя; F - частота следования импульсов; T1 - избыточная температура в момент подачи второго теплового импульса на расстоянии x от источника тепла.
Период следования импульсов τmax = 1/F, определяется выражением
(3)
Недостатком этого способа является высокое энергопотребление источником тепла, низкая помехозащищенность, а также недостаточное быстродействие.
(3)
Недостатком этого способа является высокое энергопотребление источником тепла, низкая помехозащищенность, а также недостаточное быстродействие.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергопотребления источником тепла, повышение оперативности и помехозащищенности процесса определения ТФХ материалов.
Сущность изобретения заключается в следующем: на теплоизолированную поверхность исследуемого материала помещают точечный источник тепла и два термодатчика (термопары), регистрирующие температуры T1 и T2, которые располагают соответственно на расстоянии R и αR от источника, где α - заданный коэффициент (α > 1).
В момент начала измерений (τ = 0) источник импульсно выделяет количество тепла Q. После подачи теплового импульса измеряют интегральные во времени значения температур T1 и T2 - I1 и I2 соответственно и регистрируют момент времени τ0, соответствующий равенству величины отношения I1/I2 заданному значению h1. В момент времени τ = τ0 подают второй тепловой импульс и регистрируют время достижения отношением I1/I2 заданного значения h2. Величины hi (i = 1,2,3,...) подобраны таким образом, что равенство I1/I2 = h2 после подачи второго импульса будет выполняться в момент времени 2τ0, равенство I1/I2 = h3 после подачи третьего импульса в момент времени τ = 2τ0 будет выполняться через время 3τ0 и так далее.
В момент начала измерений (τ = 0) источник импульсно выделяет количество тепла Q. После подачи теплового импульса измеряют интегральные во времени значения температур T1 и T2 - I1 и I2 соответственно и регистрируют момент времени τ0, соответствующий равенству величины отношения I1/I2 заданному значению h1. В момент времени τ = τ0 подают второй тепловой импульс и регистрируют время достижения отношением I1/I2 заданного значения h2. Величины hi (i = 1,2,3,...) подобраны таким образом, что равенство I1/I2 = h2 после подачи второго импульса будет выполняться в момент времени 2τ0, равенство I1/I2 = h3 после подачи третьего импульса в момент времени τ = 2τ0 будет выполняться через время 3τ0 и так далее.
Интервал времени τ0, соответствующий периоду повторения импульсов, определяется выражением
(4)
откуда можно найти коэффициент температуропроводности
(5)
где F = 1/τ0 - частота следования импульсов.
(4)
откуда можно найти коэффициент температуропроводности
(5)
где F = 1/τ0 - частота следования импульсов.
Коэффициент теплопроводности определяют по формуле
(6)
где Inτ0 - интегральное значение температуры Т1 в момент времени nτ0,
n - число осуществляемых тепловых воздействий,
интеграл вероятности.
(6)
где Inτ0 - интегральное значение температуры Т1 в момент времени nτ0,
n - число осуществляемых тепловых воздействий,
интеграл вероятности.
Значения hi (i = 1,2,3,...) обеспечивают постоянство периода τ0 следования импульсов и могут быть найдены по формуле
(7)
Из сравнения выражений (3) и (4) видно, что при равенстве расстояний R и x период повторения импульсов в предлагаемом способе в 2 раза меньше чем в способе-прототипе. Таким образом, за счет меньшего периода повторения импульсов предлагаемый способ обеспечивает большую оперативность, а за счет того, что температуры T1 и T2 интегрируются, - значительно снижается влияние помех на результат измерения.
(7)
Из сравнения выражений (3) и (4) видно, что при равенстве расстояний R и x период повторения импульсов в предлагаемом способе в 2 раза меньше чем в способе-прототипе. Таким образом, за счет меньшего периода повторения импульсов предлагаемый способ обеспечивает большую оперативность, а за счет того, что температуры T1 и T2 интегрируются, - значительно снижается влияние помех на результат измерения.
На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа. На теплоизолированную поверхность исследуемого материала 1 помещают точечный источник тепла 2 энергии Q и две термопары 3, регистрирующие температуры T1 и T2, расположенные соответственно на расстоянии R и αR от источника. Осуществляют многократное импульсное тепловое воздействие на поверхность материала, причем каждый последующий тепловой импульс подают в момент достижения отношением интегральных во времени значений температур T1 и Т2 заданного значения, после чего фиксируют частоту следования импульсов и интегральное значение температуры T1. На основе полученных данных коэффициенты температуро- и теплопроводности рассчитывают по формулам (5) и (6) соответственно.
На персональной ЭВМ IBM 486/DX-4 было проведено машинное моделирование процесса измерения теплофизических характеристик предлагаемым способом для восьми (n = 8) импульсов при R = 0,002 м, α = 1.2 и Q = 0.1 Дж. В качестве исследуемого был взят материал с коэффициентом теплопроводности λ = 1.2 Bт/м•K и коэффициентом температуропроводности a = 1.0 • 10-6 м2/с. В процессе моделирования были получены величины времени τ0 = 0.5 c и интегрального значения температуры 18τ0 = 16.42, по формулам (5) и (6) найдены соответствующие коэффициенты:
- коэффициент температуропроводности а = 1.0 • 10-6 м2/с;
- коэффициент теплопроводности λ = 1.2 Bт/м•K.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить оперативность и помехозащищенность измерений, а также значительно снизить энергопотребление источником тепла.
- коэффициент температуропроводности а = 1.0 • 10-6 м2/с;
- коэффициент теплопроводности λ = 1.2 Bт/м•K.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить оперативность и помехозащищенность измерений, а также значительно снизить энергопотребление источником тепла.
Claims (1)
- Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, включающий многократное тепловое воздействие на исследуемый материал, интегрирование во времени температуры в двух заданных точках его поверхности, отличающийся тем, что используется точечный источник тепла, а рабочие концы двух термопар, регистрирующих температуры T1 и T2, помещают соответственно на расстояниях R и αR от источника тепла и каждое последующее тепловое воздействие осуществляют в момент достижения отношением интегральных во времени значений температур T1 и T2 заданной величины, после чего фиксируют частоту следования импульсов и интегральное значение температуры T1 и рассчитывают коэффициенты температуро- и теплопроводности по формулам
a = R2/8F,
где λ и a - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности;
Q - энергия, выделяемая точечным источником тепла;
R - заданное расстояние;
интегральное значение температуры T1 в момент времени nτ0;
α - заданный коэффициент больше единицы;
n - число осуществляемых тепловых воздействий;
F - частота следования тепловых импульсов;
интеграл вероятности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120522A RU2149387C1 (ru) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120522A RU2149387C1 (ru) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96120522A RU96120522A (ru) | 1998-12-20 |
RU2149387C1 true RU2149387C1 (ru) | 2000-05-20 |
Family
ID=20186540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96120522A RU2149387C1 (ru) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2149387C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011134559A1 (de) * | 2010-04-29 | 2011-11-03 | Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Punktförmige wärmequelle zur messung von wärmeleitfähigkeit und/oder temperaturleitfähigkeit |
RU2550991C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Способ определения теплопроводности |
RU2556290C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Способ определения теплофизических свойств твердых материалов |
-
1996
- 1996-10-08 RU RU96120522A patent/RU2149387C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011134559A1 (de) * | 2010-04-29 | 2011-11-03 | Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Punktförmige wärmequelle zur messung von wärmeleitfähigkeit und/oder temperaturleitfähigkeit |
RU2550991C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Способ определения теплопроводности |
RU2556290C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" | Способ определения теплофизических свойств твердых материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wadley et al. | Ultrasonic measurement of internal temperature distribution | |
RU2149387C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
CN109324079B (zh) | 一种基于超声的材料热膨胀系数的测量方法 | |
RU2149386C1 (ru) | Способ определения теплофизических характеристик материалов | |
RU2149388C1 (ru) | Способ контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2008102328A (ru) | Способ определения комплекса теплофизических свойств твердых материалов | |
RU2149389C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2150694C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2179717C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2150695C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2192000C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2184953C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2184952C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2303777C2 (ru) | Способ идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов | |
RU2184954C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов | |
SU1193555A1 (ru) | Способ комплексного определени теплофизических характеристик материалов без нарушени их целостности | |
RU2018117C1 (ru) | Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов | |
RU96120618A (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
SU1658053A1 (ru) | Способ измерени теплопроводности и температуропроводности материалов | |
SU1728755A1 (ru) | Способ определени теплофизических характеристик материалов | |
SU1377695A1 (ru) | Способ неразрушающего контрол теплофизических свойств материалов | |
SU1163232A1 (ru) | Способ определени коэффициента температуропроводности материалов | |
RU96120521A (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
Budwig et al. | A new method for in situ dynamic calibration of temperature sensors | |
RU2245524C2 (ru) | Способ поверки термопар |