RU2149389C1 - Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов - Google Patents
Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2149389C1 RU2149389C1 RU96120618A RU96120618A RU2149389C1 RU 2149389 C1 RU2149389 C1 RU 2149389C1 RU 96120618 A RU96120618 A RU 96120618A RU 96120618 A RU96120618 A RU 96120618A RU 2149389 C1 RU2149389 C1 RU 2149389C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat source
- thermal
- materials
- temperature
- point
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Способ используется для неразрушающего контроля теплофизических характеристик (ТФХ) материалов с использованием точечного источника тепла. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала помещают точечный импульсный источник тепла , а на соответствующих расстояниях от источника тепла располагают два термодатчика. Для определения ТФХ материала осуществляют воздействие последовательностью тепловых импульсов с периодом повторения τ от точечного источника тепла, при этом достигают избыточные температуры, значения которых фиксируют. Обеспечено повышение точности измерения ТФХ материалов и уменьшение энергопотребления. 2 ил.
Description
Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям.
Существует импульсный способ определения теплофизических характеристик материалов (ТФХ), состоящий в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на поверхность образца и регистрации момента времени, когда интегральное во времени значение температуры с момента подачи теплового импульса до момента наступления максимума температуры в контролируемой точке станет равной интегральной во времени температуре в той же точке после наступления максимума температуры Tmax (авт. св. СССР N 1201742, кл. G 01 N 25/18, 1985).
Недостатком этого способа является значительная погрешность определения наступления максимума и величины температуры Tmax.
Известен также способ наиболее близкий к данному техническому решению определения ТФХ, заключающийся в следующем: при использовании двух теплоприемников определяют интервал времени от момента подачи первого теплового импульса от линейного источника тепла до момента времени, когда температура в точках расположения датчиков станет равной ее первоначальному значению, устанавливают минимальную частоту следования тепловых импульсов и начинают ее увеличивать в соответствии с известной зависимостью. В точках расположения датчиков регистрируют такую частоту следования тепловых импульсов, при которой устанавливаются значения избыточных, наперед заданных температур. Установившееся значение температуры достигается в точке расположения датчика тогда, когда очередной тепловой импульс не изменяет температуру в этой точке. При этом производится замена исходной функции двумя членами ряда Маклорена (авт. св. СССР N 1402892, кл. G 01 N 25/18, 1986).
Недостатками этого способа являются значительное энергопотребление источником тепла и возникающая погрешность в силу произведенной замены исходной функции.
Для определения погрешности способа-прототипа на персональном компьютере IBM 486 производилось машинное моделирование процессов измерения температуры в точке расположения датчика температуры. Процесс распространения тепла на теплоизолированной от окружающей среды поверхности полубесконечного в тепловом отношении тела описывается выражением вида:
где Q - мощность источника тепла;
F - частота следования импульсов;
a - коэффициент температуропроводности;
λ - коэффициент теплопроводности;
R - расстояние между источником тепла и датчиком;
k - порядковый номер следования тепловых импульсов.
где Q - мощность источника тепла;
F - частота следования импульсов;
a - коэффициент температуропроводности;
λ - коэффициент теплопроводности;
R - расстояние между источником тепла и датчиком;
k - порядковый номер следования тепловых импульсов.
Разложение этой функции в ряд Маклорена и использование его двух членов дают выражение вида:
При расчете избыточных температур для исходных величин Q = 1 Дж; F = 1 Гц; a = 10-5 м2/с; λ = 1 Вт/м•K; R = 10-3 м погрешность, возникающая в результате произведенной замены, составляет 10,91%. Для Q = 1 Дж; F = 1 Гц; a = 5•10-6 м2/с; λ = 1 Вт/м•K; R = 10-3 м погрешность уже составляет 145,8%.
При расчете избыточных температур для исходных величин Q = 1 Дж; F = 1 Гц; a = 10-5 м2/с; λ = 1 Вт/м•K; R = 10-3 м погрешность, возникающая в результате произведенной замены, составляет 10,91%. Для Q = 1 Дж; F = 1 Гц; a = 5•10-6 м2/с; λ = 1 Вт/м•K; R = 10-3 м погрешность уже составляет 145,8%.
Техническим результатом изобретения является - повышение точности измерения ТФХ материалов.
Сущность изобретения заключается в следующем: на теплоизолированной поверхности исследуемого материала помещают точечный импульсный источник тепла, выделяющий количество тепла, равное Q. На расстоянии R1 и R2 от источника тепла располагают два термодатчика (термопары). Определение ТФХ материала осуществляют путем воздействия последовательностью тепловых импульсов с периодом повторения τ от точечного источника тепла до тех пор, пока в точках расположения термодатчиков не установятся избыточные температуры T1 и T2, значения которых фиксируют. Установившееся значение температуры в точке контроля достигается тогда, когда очередной тепловой импульс не изменяет температуры в этой точке.
По определенным значениям избыточных температур T1 и T2 искомые ТФХ исследуемого материала рассчитывают по формулам:
где
a - коэффициент температуропроводности;
τ - период повторения импульсов;
R1, R2 - расстояние между источником тепла и соответствующими термодатчиками;
T1, T2 - избыточные температуры;
λ - коэффициент теплопроводности;
Q - количество тепла, выделяемого точечным источником тепла;
k - порядковый номер следования тепловых импульсов;
nmax - количество тепловых импульсов, воздействующих на исследуемый материал до момента установления избыточных температур.
где
a - коэффициент температуропроводности;
τ - период повторения импульсов;
R1, R2 - расстояние между источником тепла и соответствующими термодатчиками;
T1, T2 - избыточные температуры;
λ - коэффициент теплопроводности;
Q - количество тепла, выделяемого точечным источником тепла;
k - порядковый номер следования тепловых импульсов;
nmax - количество тепловых импульсов, воздействующих на исследуемый материал до момента установления избыточных температур.
Приведенные формулы получают на основании следующих рассуждений. Процесс распространения тепла на теплоизолированной от окружающей среды поверхности полубесконечного в тепловом отношении тела при воздействии n тепловых импульсов с периодом повторения τ от точечного источника тепла в момент подачи очередного теплового импульса описывается выражением вида:
Воспользовавшись разложением (3) в ряд Маклорена:
и взяв первые два члена ряда, установившееся значение температуры в точке расположения датчика будет определяться выражениями:
Взяв отношение выражений (4) и (5), получают формулу для определения коэффициента температуропроводности (1), подставив найденное значение коэффициента температуропроводности в выражение (4), получают формулу для определения коэффициента теплопроводности (2).
Воспользовавшись разложением (3) в ряд Маклорена:
и взяв первые два члена ряда, установившееся значение температуры в точке расположения датчика будет определяться выражениями:
Взяв отношение выражений (4) и (5), получают формулу для определения коэффициента температуропроводности (1), подставив найденное значение коэффициента температуропроводности в выражение (4), получают формулу для определения коэффициента теплопроводности (2).
На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала 1 помещают точечный импульсный источник тепла 2, выделяющий количество тепла, равное Q. На расстоянии R1 и R2 от источника тепла располагают два термодатчика (термопары) 3 и 4. Определение ТФХ материала осуществляют путем воздействия последовательностью тепловых импульсов с периодом повторения τ от точечного источника тепла 2 до тех пор, пока в точках расположения термодатчиков 3 и 4 не установятся избыточные температуры T1 и T2, значения которых фиксируют. На фиг. 2 приведены измеренные дискретно во времени значения температуры.
Для предлагаемого способа на персональном компьютере IBM 486 производилось машинное моделирование процессов измерения температуры в точке расположения термодатчика. При расчете избыточных температур для исходных величин Q = 1 Дж; τ = 1 с; a = 10-5 м2/с; λ = 1 Вт/м•K; R = 10-3 м погрешность, возникающая в результате произведенной замены, составляет 0,014%. Для Q = 1 Дж; F = 1 Гц; a = 5•10-6 м2/с; λ = 1 Вт/м•K; R = 10-3 м погрешность составляет 1,48%.
Применение предлагаемого способа позволяет повысить точность измерения ТФХ материалов, уменьшить энергопотребление источником тепла.
Claims (1)
- Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, заключающийся в использовании импульсного нагрева поверхности теплоизолированного исследуемого материала и измерении температуры термодатчиками в двух точках контроля, отличающийся тем, что применяют точечный источник тепла, с помощью которого воздействуют на исследуемый материал так, что в точках расположения термодатчиков достигают избыточные температуры T1 и T2, а искомые теплофизические характеристики материалов рассчитывают по формулам
где
а - коэффициент температуропроводности;
τ - период повторения импульсов;
R1, R2 - расстояние между источником тепла и соответствующими термодатчиками;
T1 и T2 - избыточные температуры;
λ - коэффициент теплопроводности;
Q - количество тепла, выделяемого точечным источником тепла;
к - порядковый номер следования тепловых импульсов;
nmax - количество тепловых импульсов, воздействующих на исследуемый материал до момента установления избыточных температур.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120618A RU2149389C1 (ru) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120618A RU2149389C1 (ru) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96120618A RU96120618A (ru) | 1998-12-20 |
RU2149389C1 true RU2149389C1 (ru) | 2000-05-20 |
Family
ID=20186605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96120618A RU2149389C1 (ru) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2149389C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501002C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов |
-
1996
- 1996-10-08 RU RU96120618A patent/RU2149389C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2501002C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Manjhi et al. | Performance assessment of K-type, E-type and J-type coaxial thermocouples on the solar light beam for short duration transient measurements | |
RU2149389C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2150694C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2150695C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
Park et al. | A new method for measuring time constants of a thermocouple wire in varying flow states | |
RU2178166C2 (ru) | Способ комплексного определения теплофизических характеристик твердых и дисперсных материалов | |
RU2149387C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2184953C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2149388C1 (ru) | Способ контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2149386C1 (ru) | Способ определения теплофизических характеристик материалов | |
RU2179717C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2018117C1 (ru) | Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов | |
RU2192000C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2287807C1 (ru) | Способ определения теплофизических свойств многослойных строительных конструкций и изделий | |
RU2184954C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик твердых материалов | |
RU2184952C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2179718C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU2161301C2 (ru) | Способ неразрушающего определения теплофизических свойств материалов | |
RU2755330C1 (ru) | Способ измерения теплопроводности | |
RU2224244C2 (ru) | Способ температурных волн для определения теплофизических свойств материалов | |
RU2329492C2 (ru) | Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов и устройство для его осуществления | |
RU2255329C1 (ru) | Способ определения теплофизических свойств материалов | |
RU2324164C1 (ru) | Способ идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов | |
RU96120618A (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
RU96120614A (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов |