RU2255329C1 - Method of measuring thermo-physical properties of materials - Google Patents

Method of measuring thermo-physical properties of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2255329C1
RU2255329C1 RU2003136982/28A RU2003136982A RU2255329C1 RU 2255329 C1 RU2255329 C1 RU 2255329C1 RU 2003136982/28 A RU2003136982/28 A RU 2003136982/28A RU 2003136982 A RU2003136982 A RU 2003136982A RU 2255329 C1 RU2255329 C1 RU 2255329C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
heat source
time
predetermined ratio
materials
Prior art date
Application number
RU2003136982/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003136982A (en
Inventor
И.Н. Ищук (RU)
И.Н. Ищук
Ю.В. Чудинов (RU)
Ю.В. Чудинов
А.И. Фесенко (RU)
А.И. Фесенко
Original Assignee
Тамбовский военный авиационный инженерный институт
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 Тамбовский военный авиационный инженерный институт filed Critical Тамбовский военный авиационный инженерный институт
Priority to RU2003136982/28A priority Critical patent/RU2255329C1/en
Publication of RU2003136982A publication Critical patent/RU2003136982A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2255329C1 publication Critical patent/RU2255329C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement engineering.
SUBSTANCE: linear pulse heat source is placed onto thermo-insulated surface of tested material. After heat pulse is applied, real temperature is measured in relation to its differential meaning before the preset meaning comes. Time-integrated value of temperature is registered for the purpose.
EFFECT: improved precision of measurement.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям. Область применения - определение теплофизических свойств материалов и изделий.The present invention relates to technical physics, in particular to thermophysical measurements. Scope - determination of thermophysical properties of materials and products.

Известен импульсный способ определения теплофизических свойств материалов (ТФС), состоящий в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на поверхность образца и регистрации момента времени τo, соответствующего максимуму температуры Тmах (Фомин С.А., Петров О.А., Вирозуб А.И. Импульсный метод определения ТФХМ без нарушения их сплошности // Расчет конструкций подземных сооружений. Киев, 1976 г., с.66-71).A known pulsed method for determining the thermophysical properties of materials (TPS), consisting in pulsed thermal exposure in a straight line to the surface of the sample and recording the time instant τ o corresponding to the maximum temperature T max (Fomin S.A., Petrov O.A., Virozub A. I. The pulsed method for determining TFHM without violating their continuity // Calculation of structures of underground structures. Kiev, 1976, p.66-71).

Недостатком этого способа является низкая точность определения τо.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining τ about .

Известен также способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов, наиболее близкий к данному техническому решению, заключающийся в том, что в результате импульсного нагрева поверхности теплоизолированного исследуемого материала в заданной точке контроля измеряют соотношение между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением до наступления наперед заданного соотношения (патент РФ №2184952, кл. G 01 N 25/18, 2002).There is also a method of non-destructive testing of the thermophysical properties of materials, the closest to this technical solution, which consists in the fact that as a result of pulsed heating of the surface of a thermally insulated material under study at a given control point, measure the relationship between the temperature value and its time-differential value before the predetermined ratio ( RF patent No. 2184952, class G 01 N 25/18, 2002).

Недостатком способа является низкая точность измерений.The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности теплофизических измерений.The technical result of the invention is to improve the accuracy of thermophysical measurements.

Сущность изобретения заключается в том, что нагрев поверхности осуществляют линейным импульсным источником тепла, измеряют температуру в точке контроля, измеряют соотношение между значениями температуры и ее дифференциальным по времени значением до момента достижения наперед заданного соотношения, регистрируют интегрированное по времени значение температуры, рассчитывают искомые теплофизические свойства по формуламThe essence of the invention lies in the fact that the surface is heated by a linear pulsed heat source, the temperature is measured at the control point, the ratio between the temperature values and its time differential value is measured until a predetermined ratio is reached in advance, the temperature value integrated over time is recorded, and the desired thermophysical properties are calculated according to the formulas

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где α - температуропроводность;where α is the thermal diffusivity;

τo - время наступления наперед заданного соотношения;τ o - the time before the predetermined ratio;

τ - время;τ is the time;

r - расстояние между источником тепла и термодатчиком;r is the distance between the heat source and the temperature sensor;

λ - теплопроводность;λ is the thermal conductivity;

Q - количество тепла, выделяемого линейным источником тепла;Q is the amount of heat generated by the linear heat source;

k - значение наперед заданного соотношения;k is the value of the predetermined ratio in advance;

I - интегрированное по времени значение температуры;I is the temperature value integrated over time;

Т - температура;T is the temperature;

Ei - интегральная показательная функция.E i is an integral exponential function.

Приведенные формулы получают на основании следующих рассуждений. Для полуограниченного тела, на поверхности которого действует линейный импульсный источник тепла, температурное поле описывается выражениемThe given formulas are obtained on the basis of the following considerations. For a semi-bounded body, on the surface of which a linear pulsed heat source acts, the temperature field is described by the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

а производная температуры по времениand time derivative of temperature

Figure 00000007
Figure 00000007

В статье Ищука И.Н. Анализ чувствительности двухфакторных теплофизических измерений //Вестник ТГТУ. - 2003. - Том 9, №2. - c.186-195, показано, что с целью повышения точности определения теплофизических свойств, в частности теплопроводности, необходимо измерять интегрированное по времени значение температуры. На основании выражений (3), (4) получим:In the article Ishchuk I.N. Sensitivity analysis of two-factor thermophysical measurements // Vestnik TSTU. - 2003. - Volume 9, No. 2. - c.186-195, it is shown that in order to improve the accuracy of determination of thermophysical properties, in particular thermal conductivity, it is necessary to measure the temperature value integrated over time. Based on the expressions (3), (4) we get:

Figure 00000008
Figure 00000008

Используя интегральную показательную функцию (Математика. БЭС/ Гл. ред. Ю.В.Прохоров - 3-е изд. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - с.230):Using the integral exponential function (Mathematics. BES / Ch. Ed. Yu.V. Prokhorov - 3rd ed. - M .: Big Russian Encyclopedia, 1998. - p.230):

Figure 00000009
Figure 00000009

формула (7) преобразуется к видуformula (7) is converted to

Figure 00000010
Figure 00000010

Из выражений (5), (6) и равенстваFrom expressions (5), (6) and the equality

Figure 00000011
Figure 00000011

получают формулу для расчета температуропроводности (1). Подставив (1) в выражение (8) и преобразуя его, получают формулу для расчета теплопроводимости (2), которую можно представить в виде (А.Г.Цыпкин, Г.Г.Цыпкин. Математические формулы. Алгебра. Геометрия. Математический анализ: Справочник. - М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. литературы, 1985. - 128 с.):get the formula for calculating thermal diffusivity (1). Substituting (1) into expression (8) and transforming it, we obtain a formula for calculating thermal conductivity (2), which can be represented as (A.G. Tsypkin, G.G. Tsypkin. Mathematical formulas. Algebra. Geometry. Mathematical analysis: Handbook. - M.: Science, Ch.ed. Ed. Of Physics and Mathematics, 1985. - 128 p.):

Figure 00000012
Figure 00000012

где γ - постоянная Эйлера-Маскерони.where γ is the Euler-Maskeroni constant.

На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала 1 помещают линейный импульсный источник тепла 2, выделяющий количество тепла по линии а-б, равное Q. На расстоянии r от источника тепла располагают термодатчик 3. После подачи теплового импульса в заданной точке контроля поверхности исследуемого материала фиксируют дифференциальное по времени значение температуры, интегрированное по времени значение температуры и ее абсолютное значение до момента наступления заранее заданного соотношения.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method. A linear pulsed heat source 2 is placed on the heat-insulated surface of the test material 1, emitting an amount of heat along the line a-b, equal to Q. At a distance r from the heat source, a temperature sensor 3 is placed. After applying a heat pulse, the differential time is fixed at a given control point on the surface of the test material temperature value, time-integrated temperature value and its absolute value until a predetermined ratio occurs.

На фиг.2 приведены расчетные графики изменения значений температуры и ее дифференциальных интегрированных по времени значений при Q=40 Дж; α=5·10-7 м2/c; λ=0,5 Bт/м·K; r=2,5·10-3 м; k=1.Figure 2 shows the calculated graphs of the temperature values and its differential time-integrated values at Q = 40 J; α = 5 · 10 -7 m 2 / s; λ = 0.5 W / m · K; r = 2.5 · 10 -3 m; k = 1.

Измерения времени наступления наперед заданного соотношения между температурой и ее дифференциальным по времени значением, а также интегрированным по времени значением температуры повышает чувствительность определения теплофизических свойств материалов, что повышает точность расчета теплопроводимости и температуропроводимости.Measurements of the time before the predetermined relationship between temperature and its time differential value, as well as the temperature value integrated over time, increases the sensitivity of determining the thermophysical properties of materials, which increases the accuracy of calculating heat conductivity and thermal conductivity.

Claims (1)

Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, заключающийся в нагревании поверхности импульсным источником тепла, измерении значения температуры в точке контроля, измерении соотношения между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением до момента достижения наперед заданного соотношения, отличающийся тем, что нагрев осуществляют линейным источником тепла, регистрируют интегрированное по времени значение температуры, рассчитывают искомые теплофизические свойства по формулам:A method of non-destructive testing of the thermophysical characteristics of materials, which consists in heating the surface with a pulsed heat source, measuring the temperature at the control point, measuring the relationship between the temperature value and its time differential value until it reaches the predetermined ratio, characterized in that the heating is carried out by a linear heat source, register the temperature value integrated over time, calculate the desired thermophysical properties using the formulas:
Figure 00000013
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000016
 где α - температуропроводность;where α is the thermal diffusivity; τ - время;τ is the time; τ0 - время наступления наперед заданного соотношения;τ 0 - the time before the predetermined ratio; r - расстояние между источником тепла и термодатчиком;r is the distance between the heat source and the temperature sensor; λ - теплопроводность;λ is the thermal conductivity; Q - количество тепла, выделяемого линейным источником тепла;Q is the amount of heat generated by the linear heat source; k - значение наперед заданного соотношения;k is the value of the predetermined ratio in advance; I - интегрированное по времени значение температуры;I is the temperature value integrated over time; T - температура;T is the temperature; Еi - интегральная показательная функция.E i is an integral exponential function.
RU2003136982/28A 2003-12-22 2003-12-22 Method of measuring thermo-physical properties of materials RU2255329C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003136982/28A RU2255329C1 (en) 2003-12-22 2003-12-22 Method of measuring thermo-physical properties of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003136982/28A RU2255329C1 (en) 2003-12-22 2003-12-22 Method of measuring thermo-physical properties of materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003136982A RU2003136982A (en) 2005-06-10
RU2255329C1 true RU2255329C1 (en) 2005-06-27

Family

ID=35833721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003136982/28A RU2255329C1 (en) 2003-12-22 2003-12-22 Method of measuring thermo-physical properties of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2255329C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550991C1 (en) * 2013-12-11 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" Method for determining heat conductivity
RU2556290C1 (en) * 2013-12-11 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" Method of determination of thermophysical properties of solid materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550991C1 (en) * 2013-12-11 2015-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" Method for determining heat conductivity
RU2556290C1 (en) * 2013-12-11 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" Method of determination of thermophysical properties of solid materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003136982A (en) 2005-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. Absolute peak slope time based thickness measurement using pulsed thermography
RU2701775C1 (en) Method for determining kinetic thermophysical properties of solid materials
Belyaev et al. Implementation of nondestructive testing of massive products in measuring the diffusivity of solvents
RU2255329C1 (en) Method of measuring thermo-physical properties of materials
RU2374631C2 (en) Method of determining system of thermophysical properties of solid materials
RU2534429C1 (en) Measurement method of thermal and physical properties of solid materials by method of instantaneous flat heat source
RU2178166C2 (en) Method of complex determination of thermal and physical characteristics of solid and dispersive materials
RU2328724C1 (en) Method for identification of solid materials thermal properties complex
RU2594388C2 (en) Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat-insulating coatings
RU2478939C1 (en) Method of measuring thermal diffusivity of heat-insulating materials by regular third kind mode technique
Haji-Sheikh et al. Sensitivity analysis for thermophysical property measurements using the periodic method
RU2701881C1 (en) Device for non-contact determination of thermophysical properties of solid bodies
RU2303777C2 (en) Method of determining thermophysical properties of solids
RU2705706C1 (en) Method of determining diffusion coefficient in solid articles from capillary-porous materials
RU2324165C1 (en) Method of identifying system of thermo-physical properties of hard materials
SU1395939A1 (en) Method of checking thickness of sheet material
RU2424505C1 (en) Method for complex determination of thermal and physical characteristics of materials
RU2613194C1 (en) Method of measuring thermal properties of anisotropic materials by linear impulse of heat source
RU2184953C2 (en) Process of non-destructive test of thermophysical characteristics of materials
RU2184952C2 (en) Process of non-destructive inspection of thermophysical characteristics of materials
RU2222004C2 (en) Procedure establishing thermophysical properties of solid and dispersive materials in the form of rods
RU2179718C2 (en) Process of non-destructive test of thermal and physical characteristics of materials
RU2324166C1 (en) Method of identifying system of thermo-physical properties of hard materials
RU2018117C1 (en) Method of complex determining of thermophysical properties of materials
RU2544890C1 (en) Method of measuring spatial distribution of thermophysical properties of isotropic materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051223