RU2179718C2

RU2179718C2 - Process of non-destructive test of thermal and physical characteristics of materials

Info

Publication number: RU2179718C2
Application number: RU99124438A
Authority: RU
Inventors: М.Г. Клебанов; А.И. Фесенко
Original assignee: Тамбовский военный авиационный инженерный институт
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: thermal and physical measurements. SUBSTANCE: point and linear heaters and two temperature-sensitive elements are positioned on heat-insulated surface of tested material. Pulse heaters release certain quantity of heat at start of measurement. After this time of onset of specified relation of temperatures in points of positions of temperature-sensitive elements is recorded. Thermal and physical characteristics are calculated on basis of obtained data with the help of formulas given in description of invention. EFFECT: increased accuracy of non-destructive tests. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплофизических измерений. The invention relates to the field of thermophysical measurements.

Известен способ контроля теплофизических характеристик (ТФХ), состоящий в подводе теплового импульса от источника тепла, предварительно помещенного в эталонное тело, к исследуемому материалу и регистрации значений избыточных температур в одном из сечений эталонного и исследуемого тел в два заранее заданных момента времени (Авторское свидетельство 1117512 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1984). A known method of controlling thermophysical characteristics (TFC), which consists in supplying a heat pulse from a heat source previously placed in a reference body to the test material and recording the values of excess temperatures in one of the sections of the reference and test bodies at two predetermined points in time (Copyright certificate 1117512 USSR, MKI G 01 N 25/18, 1984).

Недостатком данного способа является необходимость внедрения в исследуемый образец термодатчика (термопары), то есть проведение разрушающего контроля. The disadvantage of this method is the need for introducing into the test sample a temperature sensor (thermocouple), that is, conducting destructive testing.

Известен так же способ неразрушающего контроля ТФХ, заключающийся в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала с последующей регистрацией момента наступления равенства избыточной температуры на заданном расстоянии от линии действия источника и разницы между избыточной температурой на линии действия источника и на заданном расстоянии от нее, на поверхности исследуемого материала (Авторское свидетельство 1728755 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1992). There is also a known method of non-destructive testing of thermal characteristics, which consists of a pulsed thermal effect in a straight line on the thermally insulated surface of the test material with subsequent registration of the moment of excess temperature equality at a given distance from the source line and the difference between the excess temperature on the source line and at a given distance her, on the surface of the studied material (Copyright certificate 1728755 of the USSR, MKI G 01 N 25/18, 1992).

Недостатком данного способа является относительно низкая избыточная температура в точках размещения термодатчиков, что приводит к снижению точности контроля ТФХ. The disadvantage of this method is the relatively low excess temperature at the points of placement of the temperature sensors, which leads to a decrease in the accuracy of the monitoring of thermal characteristics.

В известном техническом решении, наиболее близком к предлагаемому (авторское свидетельство 834480 СССР, МКИ G 01 N 25/18, 1979), осуществляют импульсное тепловое воздействие по прямой линии на теплоизолированную поверхность исследуемого материала (изделия) и фиксируется момент времени, когда отношение избыточных температур в двух разноотстоящих от источника точках поверхности исследуемого материала достигнет определенного наперед заданного значения. In the known technical solution closest to the proposed one (copyright certificate 834480 of the USSR, MKI G 01 N 25/18, 1979), a pulsed thermal effect is applied in a straight line to the heat-insulated surface of the investigated material (product) and the moment of time is fixed when the ratio of excess temperatures at two points of the surface of the investigated material that are different from the source, it reaches a predetermined predetermined value.

Недостатком этого способа также является относительно низкая избыточная температура в точках размещения термодатчиков и, как следствие, низкая точность контроля ТФХ. The disadvantage of this method is also the relatively low excess temperature at the points of placement of the temperature sensors and, as a result, the low accuracy of the TPC control.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности контроля ТФХ. The technical result of the invention is to increase the accuracy of the control of TFH.

Сущность предлагаемого способа заключается в совместном использовании точечного и линейного источников тепла, находящихся на расстоянии х друг от друга, и регистрации заданного отношения избыточных температур в точке действия точечного источника тепла и на линии действия линейного источника. Для этого на теплоизолированной поверхности исследуемого материала размещают нагреватель в виде прямой линии, а на расстоянии х от него точечный нагреватель. Для регистрации избыточных температур используют два термодатчика, расположение одного из которых совпадает с расположением точечного нагревателя, а расположение второго - с расположением линейного нагревателя, причем расстояние между термодатчиками равно х (см. чертеж). В момент начала измерений τ = 0 осуществляют импульсный нагрев поверхности исследуемого материала обоими нагревателями, причем точечный источник выделяет количество тепла Q, а линейный - количество тепла k•Q из расчета на единицу длины, где k - числовой коэффициент. После подачи тепловых импульсов регистрируют время τ₀ наступления наперед заданного соотношения h = T₁(τ₀)/T₂(τ₀) температур в точках размещения термодатчиков и избыточную температуру T₁(τ₀) на линии действия линейного нагревателя.The essence of the proposed method consists in the joint use of a point and linear heat sources located at a distance x from each other, and registration of a given ratio of excess temperatures at the point of action of the point heat source and on the line of action of the linear source. To do this, place a heater in a straight line on the heat-insulated surface of the test material, and a point heater at a distance x from it. To register excess temperatures, two temperature sensors are used, the location of one of which coincides with the location of the point heater, and the location of the second with the location of the linear heater, and the distance between the temperature sensors is x (see drawing). At the beginning of measurements τ = 0, the surface of the material under study is pulsed by both heaters, the point source emitting the amount of heat Q, and the linear source the amount of heat k • Q per unit length, where k is the numerical coefficient. After the supply of thermal pulses, the time τ _{0 of the} onset of the predetermined ratio h = T ₁ (τ ₀ ) / T ₂ (τ ₀ ) of temperatures at the points of placement of the temperature sensors and the excess temperature T ₁ (τ ₀ ) on the action line of the linear heater are recorded.

Отношение h температур в точках на поверхности исследуемого материала рассчитывают по формуле

где k и ε - заданные постоянные, а коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала - соответственно, по формулам:

Из соотношения (3) τ₀ = ε/a, т.е. время наступления заданного отношения температур в контрольных точках пропорционально постоянной ε. Таким образом от выбора ε зависит степень оперативности контроля. Например, при ε = 1.25•10^-6 время контроля для материалов с коэффициентом температуропроводности от 1•10^-7 м²/с до 10•10^-6 м²/c может составлять от 1,25 с до 12,5 с.The ratio h of temperatures at points on the surface of the test material is calculated by the formula

where k and ε are the given constants, and the coefficients of heat and thermal diffusivity of the studied material are, respectively, according to the formulas:

From relation (3), τ ₀ = ε / a, i.e. the time of the predetermined temperature ratio at the control points is proportional to the constant ε. Thus, the degree of efficiency of control depends on the choice of ε. For example, at ε = 1.25 • 10 ^-6 , the control time for materials with a thermal diffusivity from 1 • 10 ^-7 m ² / s to 10 • 10 ^-6 m ² / s can be from 1.25 s to 12.5 s.

Коэффициент k регулирует меру влияния линейного нагревателя на формирование температурного поля на поверхности исследуемого материала по отношению к точечному. Чем больше k, тем больше влияние линейного источника на температуру в контрольных точках. В ходе машинного моделирования было установлено, что при k порядка 1000 линейный и точечный источники влияют на температуру в контрольных точках приблизительно в равной мере. The coefficient k regulates the measure of the influence of a linear heater on the formation of the temperature field on the surface of the material under study with respect to the point one. The larger k, the greater the influence of the linear source on the temperature at the control points. In the course of machine simulation, it was found that at k of the order of 1000, linear and point sources affect the temperature at the control points approximately equally.

Claims

A method of non-destructive testing of the thermophysical characteristics of materials, which includes a pulsed thermal effect on the thermally insulated surface of the test material and recording the time of the specified temperature ratio at two control points of the surface, characterized in that they use a point and linear heat sources located at a distance x from each other while the excess temperature is detected by two thermal sensors also located at a distance x from each other, and the position of one of them coincides with the location of the point heat source, the other with the line of action of the linear heat source, and the thermal characteristics are calculated by the formulas

where λ and a are the coefficients of heat and thermal diffusivity, respectively;
Q is the amount of heat generated by a point source;
k and ε are given constants;
τ ₀ - time of occurrence of a given temperature ratio at the control points, counted from the moment of heat pulses;
x is the distance between heat sources;
T ₁ (τ ₀ ) is the excess temperature at the point of action of the point heat source.