RU2184955C1 - Device determining characteristics of materials - Google Patents

Device determining characteristics of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2184955C1
RU2184955C1 RU2001100800A RU2001100800A RU2184955C1 RU 2184955 C1 RU2184955 C1 RU 2184955C1 RU 2001100800 A RU2001100800 A RU 2001100800A RU 2001100800 A RU2001100800 A RU 2001100800A RU 2184955 C1 RU2184955 C1 RU 2184955C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
comparator
integrator
signal
Prior art date
Application number
RU2001100800A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Медведев
О.Ю. Троицкий
Original Assignee
Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Томский политехнический университет filed Critical Томский политехнический университет
Priority to RU2001100800A priority Critical patent/RU2184955C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2184955C1 publication Critical patent/RU2184955C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: technical aids measuring thermophysical characteristics of solid materials. SUBSTANCE: device has source of pulse heating, synchronizer, thermocouple measuring temperature of surface of specimen, amplifier, differentiator, extremum meter, reference voltage source, three integrators, two comparators, scale amplifier, storage, switch, flip-flop, pickup of duration of heating pulse. Operation of pickup is fixed with the help of flip- flop. First comparator is activated when signal across output of scale amplifier proportional to time interval from operation of pickup to time moment corresponding to inflection point of temperature curve and signal across output of integrator proportional to time interval from operation of pickup to present time moment are equal. Second comparator operates when signal across output of storage proportional to temperature of surface of specimen measured with the aid of thermocouple at time moment of activation of first comparator and signal across output of amplifier proportional to temperature of surface of specimen after activation of first comparator are equal. EFFECT: expanded functional capabilities of device thanks to possibility of determination of characteristics of thermally thin materials. 1 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к техническим средствам для определения характеристик твердых материалов и может использоваться как при исследованиях свойств новых материалов, так и в тепловом неразрушающем контроле. The device relates to technical means for determining the characteristics of solid materials and can be used both in studies of the properties of new materials and in thermal non-destructive testing.

Известны устройства [1-5] для определения теплофизических характеристик твердых материалов. Устройства [1-5] предназначены для определения теплофизических характеристик образцов твердых материалов с помощью методов, не имеющих временных ограничений, вытекающих из соотношения между постоянной времени измерительной системы и характеристическим временем исследуемого объекта [6]:
4T=4,43•10-3L2/a,
где Т- постоянная времени измерительной системы;
L - толщина исследуемого образца;
a - коэффициент температуропроводности материала образца.
Known devices [1-5] for determining the thermophysical characteristics of solid materials. Devices [1-5] are designed to determine the thermophysical characteristics of samples of solid materials using methods that do not have time limitations resulting from the relationship between the time constant of the measuring system and the characteristic time of the object under study [6]:
4T = 4.43 • 10 -3 L 2 / a,
where T is the time constant of the measuring system;
L is the thickness of the test sample;
a is the thermal diffusivity of the sample material.

Если для исследуемых образцов, тонких в термическом отношении, т.е. имеющих малую толщину и (или) высокую температуропроводность (защитные покрытия и др.), соотношение (1) не выполняется, известные устройства не могут использоваться для определения теплофизических характеристик, что ограничивает их применение. If for the samples under study, they are thermally thin, i.e. having a small thickness and (or) high thermal diffusivity (protective coatings, etc.), relation (1) is not fulfilled, known devices cannot be used to determine thermophysical characteristics, which limits their application.

Известны устройства [7,8] для определения теплофизических характеристик твердых материалов, при использовании которых измерение температуры производится на той же стороне поверхности образца, на которую поступает тепловой поток источника импульсного нагрева. Устройства [7,8] при определении характеристик образцов материалов, тонких в термическом отношении, имеют малую чувствительность и малую величину отношения сигнал/шум вследствие невысокого уровня сигнала измерительной информации [9,10]. Known devices [7,8] for determining the thermophysical characteristics of solid materials, using which the temperature is measured on the same side of the surface of the sample, which receives the heat flux of the pulse heating source. Devices [7.8], when determining the characteristics of samples of materials that are thermally thin, have low sensitivity and a small signal-to-noise ratio due to the low signal level of the measurement information [9,10].

Известно устройство для прецизионного определения характеристик материалов [11], наиболее близкое по структуре к предлагаемому устройству, содержащее источник импульсного нагрева, вход которого соединен с выходом синхронизатора, термопару, подключенную через усилитель к входу дифференциатора, а также первый и второй интеграторы, источник опорного напряжения, при этом первый вход управления первого интегратора соединен с выходом синхронизатора, а информационный вход - с выходом источника опорного напряжения, информационный вход второго интегратора соединен с выходом усилителя, информационные входы третьего, четвертого и пятого интеграторов соединены с выходом источника опорного напряжения, а выходы каждого из них соединены с первыми входами первого, второго и третьего компараторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом масштабного усилителя, а вход масштабного усилителя соединен с выходом первого интегратора, выход первого компаратора соединен с первыми входами управления второго, третьего, четвертого и шестого интеграторов, выход второго компаратора соединен с вторыми входами управления четвертого и шестого интеграторов, входом управления пятого интегратора и первым входом управления седьмого интегратора, второй вход управления которого соединен с выходом третьего компаратора и вторым входом управления пятого компаратора, а информационный вход - с информационными входами второго и шестого интеграторов, выходом усилителя и входом дифференциатора, выход которого соединен с входом экстрематора, а выход экстрематора соединен с вторыми входами управления первого, второго и третьего интеграторов, причем выходы масштабного усилителя, второго, шестого и седьмого интеграторов являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства соответственно. A device is known for precision characterization of materials [11], the closest in structure to the proposed device, containing a pulse heating source, the input of which is connected to the output of the synchronizer, a thermocouple connected through an amplifier to the input of the differentiator, as well as the first and second integrators, the voltage reference wherein the first control input of the first integrator is connected to the output of the synchronizer, and the information input is connected to the output of the reference voltage source, the information input is second about the integrator is connected to the output of the amplifier, the information inputs of the third, fourth and fifth integrators are connected to the output of the reference voltage source, and the outputs of each of them are connected to the first inputs of the first, second and third comparators, respectively, the second inputs of which are connected to the output of the large-scale amplifier, and the input a scale amplifier is connected to the output of the first integrator, the output of the first comparator is connected to the first control inputs of the second, third, fourth and sixth integrators, the output of the second computer the actuator is connected to the second control inputs of the fourth and sixth integrators, the control input of the fifth integrator and the first control input of the seventh integrator, the second control input of which is connected to the output of the third comparator and the second control input of the fifth comparator, and the information input - to the information inputs of the second and sixth integrators, the output of the amplifier and the input of the differentiator, the output of which is connected to the input of the extremator, and the output of the extremator is connected to the second control inputs of the first, second and tego integrators and outputs a scale amplifier, second, sixth and seventh integrators are first, second, third and fourth output devices respectively.

Для образцов материалов, тонких в термическом отношении, параметры которых не отвечают соотношению (1), применение устройства [11] невозможно. For samples of materials that are thermally thin, the parameters of which do not correspond to relation (1), the use of device [11] is impossible.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения характеристик материалов за счет возможности определения характеристик образцов, тонких в термическом отношении, параметры которых не отвечают соотношению (1). The aim of the invention is to expand the functionality of the device for determining the characteristics of materials due to the ability to determine the characteristics of samples that are thin in thermal terms, the parameters of which do not meet the ratio (1).

Для достижения поставленной цели из устройства [11] исключены четыре интегратора и компаратор, и дополнительно введены датчик длительности импульса нагрева, триггер, блок памяти и переключатель. To achieve this goal, four integrators and a comparator were excluded from the device [11], and a heating pulse duration sensor, a trigger, a memory block, and a switch were additionally introduced.

Предлагаемое устройство для определения характеристик материалов содержит источник импульсного нагрева, вход которого соединен с выходом синхронизатора, термопару, подключенную через усилитель к входу дифференциатора, экстрематор, три интегратора, два компаратора, масштабный усилитель, источник опорного напряжения, при этом информационные входы первого и второго интеграторов соединены с выходом источника опорного напряжения, выход дифференциатора соединен с входом экстрематора, выход которого соединен с первым входом управления второго интегратора, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, выход которого соединен с первым выходом устройства и первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход второго компаратора соединен с первым входом управления третьего интегратора, выход которого соединен с вторым выходом устройства, пусковая клемма соединена с входом синхронизатора, выход которого соединен с первым входом управления переключателя и первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом датчика длительности импульса нагрева, а выход - с входом управления первого интегратора, вторым входом управления второго интегратора и вторым входом управления третьего интегратора, информационный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый информационный вход переключателя соединен с нулевой шиной, а второй информационный вход переключателя соединен с выходом усилителя и информационным входом блока памяти, вход управления которого соединен с выходом первого компаратора и вторым входом управления переключателя, а выход - с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом переключателя. The proposed device for determining the characteristics of materials contains a pulse heating source, the input of which is connected to the synchronizer output, a thermocouple connected through an amplifier to the input of the differentiator, an extremator, three integrators, two comparators, a scale amplifier, a reference voltage source, while the information inputs of the first and second integrators connected to the output of the reference voltage source, the output of the differentiator is connected to the input of the extremator, the output of which is connected to the first control input in the second integrator, the output of which is connected to the input of a large-scale amplifier, the output of which is connected to the first output of the device and the first input of the first comparator, the second input of which is connected to the output of the first integrator, the output of the second comparator is connected to the first control input of the third integrator, the output of which is connected to the second output devices, the start terminal is connected to the input of the synchronizer, the output of which is connected to the first control input of the switch and the first input of the trigger, the second input of which is connected to by the heating pulse duration sensor, and the output with the control input of the first integrator, the second control input of the second integrator and the second control input of the third integrator, the information input of which is connected to the output of the reference voltage source, the first information input of the switch is connected to the zero bus, and the second information input the switch is connected to the output of the amplifier and the information input of the memory unit, the control input of which is connected to the output of the first comparator and the second control input switch, and the output with the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the switch.

Источник импульсного нагрева в предлагаемом устройстве содержит оптическую систему, которая фокусирует тепловой поток в форме кольца на поверхности исследуемого образца. The source of pulse heating in the proposed device contains an optical system that focuses the heat flux in the form of a ring on the surface of the sample.

На фиг. 1 изображены схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. In FIG. 1 shows a diagram of a device; figure 2 - timing diagrams explaining his work.

Устройство содержит источник 1 импульсного нагрева, синхронизатор 2, термопару 3, измеряющую температуру поверхности образца 4, усилитель 5, дифференциатор 6, экстрематор 7, источник 8 опорного напряжения, интеграторы 9-11, компараторы 12, 13, масштабный усилитель 14, блок 15 памяти, переключатель 16, триггер 17, датчик 18 длительности импульса нагрева. The device comprises a pulse heating source 1, a synchronizer 2, a thermocouple 3 measuring the surface temperature of sample 4, an amplifier 5, a differentiator 6, an extremator 7, a reference voltage source 8, integrators 9-11, comparators 12, 13, a scale amplifier 14, a memory block 15 , switch 16, trigger 17, sensor 18 of the duration of the heating pulse.

Источник 1 оптически связан с датчиком 18 и образцом 4, температура поверхности которого на тыльной стороне поверхности образца 4 в центре кольца, на котором фокусируется излучение источника 1, измеряется термопарой 3. Вход источника 1 соединен с выходом синхронизатора 2, первым входом управления переключателя 16 и первым входом триггера 17. Выход датчика 18 соединен с вторым входом триггера 17. Вход синхронизатора 2 соединен с пусковой клеммой. Термопара 3 соединена с входом усилителя 5. Выход усилителя 5 соединен с входом дифференциатора 6, информационным входом блока 15 и вторым информационным входом переключателя 16. Первый информационный вход переключателя 16 соединен с нулевой шиной. Выход триггера 17 соединен с входом управления первого 9 интегратора, вторым входом управления второго 10 интегратора и вторым входом управления третьего 11 интегратора. Второй вход управления переключателя 16 соединен с выходом первого 12 компаратора и входом управления блока 15. Выход блока 15 соединен с первым входом второго 13 компаратора. Второй вход второго 13 компаратора соединен с выходом переключателя 16. Информационные входы интеграторов 9-11 соединены с выходом источника 8 опорного напряжения. Выход дифференциатора 6 соединен с входом экстрематора 7. Выход экстрематора 7 соединен с первым входом управления второго 10 интегратора. Выход второго 10 интегратора соединен с входом масштабного усилителя 14. Выход масштабного усилителя 14 соединен с первым В1 выходом устройства и первым входом первого 12 компаратора. Второй вход первого 12 компаратора соединен с выходом первого 9 интегратора. Выход второго 13 компаратора соединен с первым входом управления третьего 11 интегратора. Выход третьего 11 интегратора соединен с вторым В2 выходом устройства. The source 1 is optically connected to the sensor 18 and sample 4, the surface temperature of which on the back side of the surface of the sample 4 in the center of the ring on which the radiation of the source 1 is focused, is measured by a thermocouple 3. The input of the source 1 is connected to the output of the synchronizer 2, the first control input of the switch 16 and the first input of the trigger 17. The output of the sensor 18 is connected to the second input of the trigger 17. The input of the synchronizer 2 is connected to the start terminal. The thermocouple 3 is connected to the input of the amplifier 5. The output of the amplifier 5 is connected to the input of the differentiator 6, the information input of the block 15 and the second information input of the switch 16. The first information input of the switch 16 is connected to the zero bus. The output of the trigger 17 is connected to the control input of the first 9 integrator, the second control input of the second 10 integrator and the second control input of the third 11 integrator. The second control input of the switch 16 is connected to the output of the first 12 of the comparator and the control input of the block 15. The output of the block 15 is connected to the first input of the second 13 of the comparator. The second input of the second comparator 13 is connected to the output of the switch 16. The information inputs of the integrators 9-11 are connected to the output of the reference voltage source 8. The output of the differentiator 6 is connected to the input of the extremator 7. The output of the extremator 7 is connected to the first control input of the second 10 integrator. The output of the second integrator 10 is connected to the input of the scale amplifier 14. The output of the scale amplifier 14 is connected to the first B1 output of the device and the first input of the first 12 comparator. The second input of the first 12 comparator is connected to the output of the first 9 integrator. The output of the second 13 comparator is connected to the first control input of the third 11 integrator. The output of the third integrator 11 is connected to the second B2 output of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подаче сигнала на пусковую клемму в момент времени t0 (фиг.2) на вход источника 1 импульсного нагрева поступает сигнал с выхода синхронизатора 2. Источник 1 запускается, при этом тепловой поток источника 1 фокусируется в форме кольца на поверхности образца 4. Одновременно сигнал с выхода синхронизатора 2 поступает на первый вход триггера 17 и первый вход управления переключателя 16. Триггер 17 устанавливается в такое состояние, при котором на его выходе, соединенном с входом управления первого 9 интегратора, вторым входом управления второго 10 интегратора и вторым входом управления третьего 11 интегратора, сигнал отсутствует. Интеграторы 9-11 находятся в режиме хранения, при этом сигналы на их выходах отсутствуют. Переключатель 16 устанавливается в такое состояние, при котором на втором входе второго 13 компаратора, соединенном с выходом переключателя 16, уровень сигнала равен нулю. На выходе второго 13 компаратора сигнал отсутствует.When a signal is applied to the start terminal at time t 0 (Fig. 2), the signal from the output of synchronizer 2 is received at the input of the pulse heating source 1. Source 1 is started, while the heat flux of source 1 is focused in the form of a ring on the surface of sample 4. At the same time, the signal from the output of the synchronizer 2 is fed to the first input of the trigger 17 and the first control input of the switch 16. The trigger 17 is set in such a state that at its output connected to the control input of the first 9 integrator, the second control input of the second 10 integrator and the second control input of the third integrator 11, the signal is missing. Integrators 9-11 are in storage mode, and there are no signals at their outputs. The switch 16 is set in such a state that at the second input of the second 13 comparator connected to the output of the switch 16, the signal level is zero. The output of the second 13 comparator signal is missing.

Температура поверхности образца 4 измеряется термопарой 3, сигнал которой усиливается усилителем 5 и поступает на вход дифференциатора 6, второй информационный вход переключателя 16 и информационный вход блока 15. Блок 15 находится в режиме записи величины входного сигнала. На выходе блока 15 величина сигнала соответствует величине сигнала на выходе усилителя 5. С выхода дифференциатора 6 сигнал, пропорциональный производной по времени температуры Т поверхности образца 4, измеряемой термопарой 3, поступает на вход экстрематора 7. На выходе первого 12 компаратора сигнал отсутствует. The surface temperature of sample 4 is measured by a thermocouple 3, the signal of which is amplified by an amplifier 5 and fed to the input of the differentiator 6, the second information input of the switch 16 and the information input of the block 15. Block 15 is in the recording mode of the magnitude of the input signal. At the output of block 15, the signal value corresponds to the signal at the output of amplifier 5. From the output of the differentiator 6, a signal proportional to the time derivative of the temperature T of the surface of the sample 4, measured by thermocouple 3, is fed to the input of the extremator 7. There is no signal at the output of the first 12 comparator.

При срабатывании датчика 18 в момент времени t1 сигнал с его выхода поступает на второй вход триггера 17, переводя триггер 17 в такое состояние, при котором появляется сигнал на его выходе. Сигнал с выхода триггера 17 поступает на вход управления первого 9 интегратора, второй вход управления второго 10 интегратора и второй вход управления третьего 11 интегратора, переводя интеграторы 9-11 в режим интегрирования сигнала, поступающего на их информационные входы с выхода источника 8. Величины сигналов на выходах интеграторов 9-11 пропорциональны интервалам времени, в течение которых интеграторы 9-11 находятся в режиме интегрирования.When the sensor 18 is activated at time t 1, the signal from its output goes to the second input of the trigger 17, translating the trigger 17 into a state in which a signal appears at its output. The signal from the output of the trigger 17 goes to the control input of the first 9 integrator, the second control input of the second 10 integrator and the second control input of the third 11 integrator, putting the integrators 9-11 into the integration mode of the signal received at their information inputs from the output of the source 8. Signal values on the outputs of the integrators 9-11 are proportional to the time intervals during which the integrators 9-11 are in the integration mode.

Сигнал с выхода второго 10 интегратора через масштабный усилитель 14, коэффициент усиления которого k= 2, поступает на первый вход первого 12 компаратора. На второй вход первого 12 компаратора поступает сигнал с выхода первого 9 интегратора. The signal from the output of the second 10 integrator through a large-scale amplifier 14, the gain of which is k = 2, is fed to the first input of the first 12 comparator. The second input of the first 12 comparator receives a signal from the output of the first 9 integrator.

При срабатывании в момент времени t2 экстрематора 7 сигнал с его выхода поступает на первый вход управления второго 10 интегратора, переводя второй 10 интегратор в режим хранения. С выхода второго 10 интегратора сигнал, величина которого U1 пропорциональна интервалу времени τ0 = t2-t1, поступает на вход масштабного усилителя 14. С выхода масштабного усилителя 14 на первый В1 выход устройства и первый вход первого 12 компаратора поступает сигнал, величина которого U2 пропорциональна интервалу времени τ1 = kτ0 = 2(t2-t1). На второй вход первого 12 компаратора с выхода первого 9 интегратора поступает сигнал, величина которого U3 пропорциональна текущему интервалу времени τ = t-t1 где t - текущий момент времени.When triggered at time t 2 of the extremator 7, the signal from its output goes to the first control input of the second 10 integrator, putting the second 10 integrator in storage mode. From the output of the second integrator 10, a signal whose value U 1 is proportional to the time interval τ 0 = t 2 -t 1 is fed to the input of the scale amplifier 14. From the output of the scale amplifier 14 to the first B1 output of the device and the first input of the first 12 comparator receives a signal, the value which U 2 is proportional to the time interval τ 1 = kτ 0 = 2 (t 2 -t 1 ). At the second input of the first 12 comparator, the output of the first 9 integrator receives a signal whose value U 3 is proportional to the current time interval τ = tt 1 where t is the current time.

В момент времени t3, при котором τ = τ1, величины U2 и U3 сигналов на входах первого 12 компаратора равны - U2=U3. Первый 12 компаратор срабатывает и на его выходе появляется сигнал, поступающий на вход управления блока 15 и второй вход переключателя 16. Блок 15 переводится в режим хранения. Переключатель 16 переводится в такое состояние, при котором сигнал, величина которого U4 пропорциональна температуре Т поверхности образца 4, измеряемой термопарой 3, с выхода усилителя 5 через переключатель 16 поступает на второй вход второго 13 компаратора. На первый вход второго 13 компаратора с выхода блока 15 поступает сигнал, величина которого U5 пропорциональна величине T1 температуры поверхности образца 4, измеренной в момент времени t3.At time t 3 , at which τ = τ 1 , the values of U 2 and U 3 of the signals at the inputs of the first 12 comparator are equal to - U 2 = U 3 . The first 12 comparator is activated and a signal appears at its output, which is input to the control input of block 15 and the second input of switch 16. Block 15 is put into storage mode. The switch 16 is transferred to a state in which a signal whose value U 4 is proportional to the temperature T of the surface of the sample 4, measured by thermocouple 3, from the output of the amplifier 5 through the switch 16 is fed to the second input of the second 13 comparator. The first input of the second 13 comparator from the output of block 15 receives a signal whose value U 5 is proportional to the value T 1 of the surface temperature of the sample 4, measured at time t 3 .

После срабатывания первого 12 компаратора в момент времени t4, при котором Т=T1, величины U4 и U5 сигналов на входах второго 13 компаратора равны - U4=U5. Второй 13 компаратор срабатывает и на его выходе появляется сигнал, поступающий на первый вход управления третьего 11 интегратора. Третий 11 интегратор переводится в режим хранения. С выхода третьего 11 интегратора сигнал, величина U6 которого пропорциональна интервалу времени τ2 = t4-t1, поступает на второй В2 выход устройства. Следовательно, после завершения работы устройства величина U2 сигнала на первом В 1 выходе пропорциональна интервалу времени τ1 = 2(t2-t1) = t3-t1, а величина U6 сигнала на втором В2 выходе устройства пропорциональна интервалу времени τ2 = t4-t1.After the first 12 comparator is triggered at time t 4 , at which T = T 1 , the values of U 4 and U 5 of the signals at the inputs of the second 13 comparator are U 4 = U 5 . The second 13 comparator is triggered and a signal arriving at its output arrives at the first control input of the third 11 integrator. The third 11 integrator is put into storage mode. From the output of the third 11 integrator signal, the value of U 6 which is proportional to the time interval τ 2 = t 4 -t 1 , is fed to the second B2 output of the device. Therefore, after the device is completed, the value of U 2 signal at the first V 1 output is proportional to the time interval τ 1 = 2 (t 2 -t 1 ) = t 3 -t 1 , and the value U 6 of the signal at the second B2 output of the device is proportional to the time interval τ 2 = t 4 -t 1 .

На фиг. 2 сверху вниз показаны временные диаграммы сигналов на выходах усилителя 5, датчика 18 длительности импульса нагрева, триггера 17, компаратора 12, интегратора 9, интегратора 10, компаратора 13, интегратора 11. In FIG. 2 from top to bottom shows the timing diagrams of the signals at the outputs of the amplifier 5, sensor 18, the duration of the heating pulse, trigger 17, comparator 12, integrator 9, integrator 10, comparator 13, integrator 11.

С помощью предлагаемого устройства при импульсном нагреве излучением от источника 1 импульсного нагрева части поверхности, имеющей форму кольца, плоского непрозрачного или полупрозрачного для излучения заданного диапазона длин волн источника импульсного нагрева 1 тонкопленочного с высокой температуропроводностью образца 4, можно определить интервалы времени τ1 и τ2, используемые для вычисления коэффициента температуропроводности материала образца 4 по формуле

Figure 00000002

где R - средний радиус части поверхности образца 4 в форме кольца, на которой фокусируется тепловой поток источника 1.Using the proposed device for pulse heating by radiation from a source 1 of pulse heating of a ring-shaped surface that is flat opaque or translucent for radiation of a given wavelength range of a pulse heating source 1 of a thin-film with high thermal diffusivity sample 4, it is possible to determine the time intervals τ 1 and τ 2 used to calculate the coefficient of thermal diffusivity of the material of sample 4 by the formula
Figure 00000002

where R is the average radius of the surface part of sample 4 in the form of a ring on which the heat flux of source 1 is focused.

Относительная погрешность определения величины коэффициента температуропроводности материала образца с помощью метода, реализованного предлагаемым устройством, не превышает 0,5-1,0% [12]. The relative error in determining the value of the coefficient of thermal diffusivity of the sample material using the method implemented by the proposed device does not exceed 0.5-1.0% [12].

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять характеристики тонких в термическом отношении, т.е. имеющих малую толщину и (или) высокую температуропроводность, образцов твердых материалов, с приемлемой для практических целей точностью. Thus, the proposed device allows you to determine the characteristics of thin in thermal terms, i.e. having a small thickness and (or) high thermal diffusivity, samples of solid materials, with accuracy acceptable for practical purposes.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.с.СССР 694805, кл. G 01 N 25/18, 1979.
SOURCES OF INFORMATION
1. A.s.SSSSR 694805, cl. G 01 N 25/18, 1979.

2. А.с.СССР 913196, кл. G 01 N 25/18, 1982. 2. A.s.SSSR 913196, cl. G 01 N 25/18, 1982.

3. А.с. СССР 1557499, кл. G 01 N 25/18, 1990. 3. A.S. USSR 1557499, class G 01 N 25/18, 1990.

4. А.с. СССР 2090872, кл. G 01 N 25/18, 1997. 4. A.S. USSR 2090872, class G 01 N 25/18, 1997.

5. А.с. СССР 2132548, кл. G 01 N 25/18, 1999. 5. A.S. USSR 2132548, class G 01 N 25/18, 1999.

6. Troitsky O.Yu. A new approach to the flash technique tor the remote sensing ot lauered materials //Mech. Compos. Mater. 1999. Vol. 35. N.3. P. 271 -276. 6. Troitsky O.Yu. A new approach to the flash technique tor the remote sensing ot lauered materials // Mech. Compos Mater. 1999. Vol. 35. N.3. P. 271 -276.

7. А.с. СССР 2108568, кл. G 01 N 25/18, 1998. 7. A.S. USSR 2108568, class G 01 N 25/18, 1998.

8. Патент РФ 2154268, кл. G 01 N 25/18, 2000. 8. RF patent 2154268, cl. G 01 N 25/18, 2000.

9. Cielo P., Utracki L.A. and Lamontagne M. Thermal dittusivity measurements by converging thermal wave technique. Can. J. Phys., v.64, 1172 - 1177 (1986). 9. Cielo P., Utracki L.A. and Lamontagne M. Thermal dittusivity measurements by converging thermal wave technique. Can. J. Phys., V. 64, 1172 - 1177 (1986).

10. Womer E., Wild С., Muller - Sebert W., Funer M., Jehle M. and Koidl P. Electrically induced thermal transient experiments tor thermal dittusivity measurements on chemical vapor deposited diamond films. Rev. Sci. Instrum, vol. 69, 5, 2105-2109 (1998). 10. Womer E., Wild C., Muller - Sebert W., Funer M., Jehle M. and Koidl P. Electrically induced thermal transient experiments tor thermal dittusivity measurements on chemical vapor deposited diamond films. Rev. Sci. Instrum, vol. 69, 5, 2105-2109 (1998).

11. А.с. СССР 1755150, кл. G 01 N 25/18, 1992. 11. A.S. USSR 1755150, class G 01 N 25/18, 1992.

12. Troitsky O. Yu, Kirn S.W. et al. One - level two points method for estimation of thermal diftusivity by the converging thermal wave method. Proc. of the 4-th Korea - Russian Int. Symp. on Science and Technology, Part 3, June 27 - July 1,2000, Ulsan, Korea; pp. 184-189. 12. Troitsky O. Yu, Kirn S.W. et al. One - level two points method for estimating thermal diftusivity by the converging thermal wave method. Proc. of the 4-th Korea - Russian Int. Symp on Science and Technology, Part 3, June 27 - July 1,2000, Ulsan, Korea; pp. 184-189.

Claims (2)

1. Устройство для определения характеристик материалов, содержащее источник импульсного нагрева, вход которого соединен с выходом синхронизатора, термопару, подключенную через усилитель к входу дифференциатора, экстрематор, три интегратора, два компаратора, масштабный усилитель и источник опорного напряжения, при этом информационные входы первого и второго интеграторов соединены с выходом источника опорного напряжения, выход дифференциатора соединен с входом экстрематора, выход которого соединен с первым входом управления второго интегратора, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, выход которого соединен с первым выходом устройства и первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход второго компаратора соединен с первым входом управления третьего интегратора, выход которого соединен с вторым выходом устройства, вход синхронизатора соединен с пусковой клеммой, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчик длительности импульса нагрева, триггер, блок памяти и переключатель, при этом выход синхронизатора соединен с первым входом управления переключателя и первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом датчика длительности импульса нагрева, а выход - с входом управления первого интегратора, вторым входом управления второго интегратора и вторым входом управления третьего интегратора, информационный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый информационный вход переключателя соединен с нулевой шиной, а второй информационный вход - с выходом усилителя и информационным входом блока памяти, вход управления которого соединен с выходом первого компаратора и вторым входом управления переключателя, а выход - с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом переключателя. 1. A device for determining the characteristics of materials containing a pulse heating source, the input of which is connected to the output of the synchronizer, a thermocouple connected through an amplifier to the input of the differentiator, an extremator, three integrators, two comparators, a large-scale amplifier and a reference voltage source, while the information inputs of the first and the second integrators are connected to the output of the reference voltage source, the output of the differentiator is connected to the input of the extremator, the output of which is connected to the first control input of the second and a tegrarator whose output is connected to the input of a large-scale amplifier, the output of which is connected to the first output of the device and the first input of the first comparator, the second input of which is connected to the output of the first integrator, the output of the second comparator is connected to the first control input of the third integrator, the output of which is connected to the second output of the device , the synchronizer input is connected to the start terminal, characterized in that it further comprises a heating pulse duration sensor, a trigger, a memory unit and a switch, wherein the output the synchronizer is connected to the first control input of the switch and the first input of the trigger, the second input of which is connected to the output of the heating pulse duration sensor, and the output is connected to the control input of the first integrator, the second control input of the second integrator and the second control input of the third integrator, the information input of which is connected to the output reference voltage source, the first information input of the switch is connected to the zero bus, and the second information input is connected to the output of the amplifier and the information input of the unit a memory window, the control input of which is connected to the output of the first comparator and the second input of the switch control, and the output is connected to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the switch. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник импульсного нагрева содержит оптическую систему, которая фиксирует тепловой поток источника импульсного нагрева в форме кольца на поверхности исследуемого образца. 2. The device according to claim 1, characterized in that the source of pulse heating contains an optical system that captures the heat flux of the source of pulse heating in the form of a ring on the surface of the sample.
RU2001100800A 2001-01-09 2001-01-09 Device determining characteristics of materials RU2184955C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001100800A RU2184955C1 (en) 2001-01-09 2001-01-09 Device determining characteristics of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001100800A RU2184955C1 (en) 2001-01-09 2001-01-09 Device determining characteristics of materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2184955C1 true RU2184955C1 (en) 2002-07-10

Family

ID=20244662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001100800A RU2184955C1 (en) 2001-01-09 2001-01-09 Device determining characteristics of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2184955C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1979000911A1 (en) Distinguishing material by thermal conductivity
US4522512A (en) Thermal conductivity measurement method
Chu et al. Thermal diffusivity measurements at high temperatures by the radial flash method
Caskey et al. A Technique for the rapid measurement of thermoelectric power
Anis-ur-Rehman et al. A modified transient method for an easy and fast determination of thermal conductivities of conductors and insulators
Löhle et al. Characterization of a heat flux sensor using short pulse laser calibration
US5847562A (en) Thickness gauging of single-layer conductive materials with two-point non linear calibration algorithm
RU2184955C1 (en) Device determining characteristics of materials
Göbel et al. A new method for the determination of the specific heat capacity using laser-flash calorimetry down to 77K
Shibata et al. New laser-flash method for measuring thermal diffusivity of isotropic and anisotropic thin films
RU2255330C1 (en) Device for measuring characteristics of materials
Gustavsson et al. Thermal effusivity measurements of insulating liquids using microsized hot strip probes
Bohac et al. New planar disc transient method for the measurement of thermal properties of materials
RU2307344C1 (en) Device for determining characteristic of materials
US20030016725A1 (en) Thermocouple device
SU1157456A1 (en) Method of investigating process of blood coagulation
RU2392612C1 (en) Device to determine characteristics of materials
JP2000206070A5 (en)
Jessen et al. A new method for manufacture of thin film heat flux gauges
RU2132548C1 (en) Device for measuring thermal characteristics
Štofanik et al. RT-Lab-the Equipment for measuring thermophysical properties by transient methods
HU189716B (en) Method and appaeatus for non-destructive testing the heat physical characteristics of materials
RU2544312C1 (en) Device for determination of characteristics of materials
SU493718A1 (en) Measurement of chemical potential of water
Bo et al. Nondestructive testing of paint thickness measurement by pulsed infrared thermography