RU2262686C1 - Способ теплового неразрушающего контроля - Google Patents

Способ теплового неразрушающего контроля Download PDF

Info

Publication number
RU2262686C1
RU2262686C1 RU2004112458/28A RU2004112458A RU2262686C1 RU 2262686 C1 RU2262686 C1 RU 2262686C1 RU 2004112458/28 A RU2004112458/28 A RU 2004112458/28A RU 2004112458 A RU2004112458 A RU 2004112458A RU 2262686 C1 RU2262686 C1 RU 2262686C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
max
measured
density
values
thermal
Prior art date
Application number
RU2004112458/28A
Other languages
English (en)
Inventor
О.Н. Будадин (RU)
О.Н. Будадин
М.Н. Слитков (RU)
М.Н. Слитков
Е.В. Абрамова (RU)
Е.В. Абрамова
Т.Е. Троицкий-Марков (RU)
Т.Е. Троицкий-Марков
В.И. Сучков (RU)
В.И. Сучков
Original Assignee
ООО Технологический Институт Энергетических Обследований, Диагностики И Неразрушающего Контроля "ВЕМО"
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 ООО Технологический Институт Энергетических Обследований, Диагностики И Неразрушающего Контроля "ВЕМО" filed Critical ООО Технологический Институт Энергетических Обследований, Диагностики И Неразрушающего Контроля "ВЕМО"
Priority to RU2004112458/28A priority Critical patent/RU2262686C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2262686C1 publication Critical patent/RU2262686C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Использование: для теплового неразрушающего контроля неоднородных конструкций. Сущность: заключается в том, что создают плотность теплового потока через контролируемое ограждение, измеряют его величину (q) на одной из поверхностей (например, на внутренней поверхности - qв), измерении температуры сред около противоположных поверхностей (Tн, Тв), температуры противоположных поверхностей (Тпн, Тпв), и определении качества контролируемого объекта по его сопротивлению теплопередаче (R0) в соответствии с формулой
Figure 00000001
дополнительно измеряют величину плотности теплового потока на противоположной поверхности (qн); измерения величин плотности теплового потока qн(t), qв(t) и температур Tн(t), Tв(t), Tпн(t), Tпв(t) осуществляют периодически в течение интервала времени τ, задают допустимую для определения качества объекта погрешность измерения плотности тепловых потоков (Δqmax), определяют моменты времени t1, t2, ... tn, в которые величины потоков на противоположных поверхностях равны с погрешностью Δq≤Δqmax: /qн(t)-qв(t)/≤Δqmax, продолжают измерять плотность тепловых потоков до выхода разности их значений за пределы (Δqmax), из полученных моментов времени выбирают момент (tk), вблизи которого величины плотности тепловых потоков qв(tk) и qн(tk) совпадают с заданной погрешностью (Δqmax) в течение наибольшего интервала времени (Δtk), определяют качество объекта в соответствии с приведенной формулой для значений q=qн, qв, Тн, Тпн, Тв и Тпв, измеренных в момент tk. Технический результат: повышение достоверности определения качества исследуемого ограждения. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций, например, зданий и сооружений по сопротивлению теплопередаче.
Из уровня техники известны способы теплового неразрушающего контроля неоднородных многослойных конструкций, какими в частности, являются здания и сооружения - см., например, патент РФ №2219534. Для осуществления известного способа определяют временной интервал, необходимый для получения достоверного результата. В течение этого времени периодически измеряют температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях конструкции и температуру сред около этих поверхностей. Задают значение теплопроводности каждого интересующего слоя конструкции. Используя математическую модель, реализуемую компьютером, определяют возможную температуру и плотность теплового потока на обеих поверхностях конструкции для каждого заданного значения теплопроводности. Проводят тепловизионное обследование, измеряют температуру внутренних и наружных поверхностей. Сравнивают теоретические и полученные измерением результаты в моменты проведения тепловизионного обследования. Выбирают для дальнейших расчетов значение теплопроводности из числа заданных, которое может обеспечить условия сравнения. Способ позволяет определить локальные сопротивления теплопередаче обследуемых участков и найти более рациональное решение по обеспечению требуемого сопротивления теплопередаче, если оно не окажется соответствующим нормативному.
В патенте Японии №9113473 раскрыт способ теплового неразрушающего контроля материалов и определения местоположения дефектов, которые приводят к теплопотере. Согласно этому способу облучают участок исследуемой поверхности, измеряют теплопроводность материала, информацию о распределении температурного поля объекта передают для анализа на устройство термографического контроля и затем на устройство отображения, которое показывает изменения в температурном поле.
Известен способ неразрушающего теплового контроля по патенту США №5292195, согласно которому выбранное количество энергии подается на первый объект, имеющий известную поверхностную структуру. Изображение его запоминается. Затем выбранное количество энергии подается на второй объект, и изображение второго объекта также запоминается. Затем производится сравнение изображений для определения различий в поверхностной структуре этих двух объектов.
Известен неразрушающий способ контроля неметаллических материалов по патенту Японии №3154857 путем приложения импульсной температурной нагрузки. Временные изменения нестабильного температурного поля, соответствующие дефекту или повреждению, измеряют и анализируют с использованием инфракрасной камеры и вычислительной системы. Способ обеспечивает высокую точность.
В патенте США №6000844 описано портативное устройство для неразрушающего контроля материала и определения дефектов в его структуре. Средство отображения температурного поля следует на определенном расстоянии от теплового источника и вырабатывает видеоизображение температурных характеристик объекта. Дефекты материала продуцируют отклонения, которые перемещаются со случайной скоростью. Компьютер, усредняя данные по отношению к постоянной скорости, минимизирует шум и улучшает сигнал от дефектов.
В опубликованной заявке США №2002126730 раскрыты система и способ определения поперечной температурной диффузии с использованием температурных импульсов. Разработана математическая модель и программное обеспечение, с помощью которых может быть определена поперечная термодиффузия конечного объекта. Изобретение используется для установления и определения местоположения дефектов, ведущих к теплопотерям.
Все известные способы позволяют определить тепловое состояние конструкций и их теплопотери, однако они не применимы для исследования нестационарных процессов, имеющих место в реальных условиях эксплуатации зданий и сооружений.
В Российской Федерации на практике используется способ определения качества объектов по анализу их сопротивления теплопередаче - см. ГОСТ 26254-84. "Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций". Введен постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 2 августа 1984 года №127, УДК 624.01.001.006.354. Описанный здесь способ заключается в измерении плотности теплового потока (q) через контролируемое ограждение и температуры сред около ее поверхностей (Тн) и (Тв) в течение не менее 15 суток при достижении в контролируемом ограждении стационарного или близкого ему теплового режима. Достижение данного режима определяется по поведению измеряемой температуры наружной (Тпн) и внутренней (Тпв) поверхности ограждения.
Определение качества ограждения по его сопротивлению теплопередаче (R0) осуществляется в соответствии с формулой:
Figure 00000003
где Rв, Rн - термические сопротивления теплообмену на внутренней и наружной поверхности ограждения;
Rк -термическое сопротивление конструкции ограждения.
Данный метод прост и нагляден, однако имеет недостаток, который ограничивает область его применения и значительно снижает точность получаемых результатов. Метод применим только при условии стационарного процесса теплопередачи через контролируемое сооружение, т.е. только при условии постоянства теплового потока, входящего в сооружение на одной поверхности и выходящего из сооружения на другой поверхности: q=const.
На практике при тепловом контроле сооружений с реальным изменением во времени температуры сред Тн и Тв это условие соблюдается крайне редко. Несоблюдение условия постоянства плотности теплового потока приводит к появлению больших ошибок в определении R0 - до 300-500%.
Согласно ГОСТ 26254-84 в наружных ограждающих конструкциях стационарный процесс теплопередачи в зависимости от их тепловой инерции устанавливается через 1,5-7,5 суток. Однако на практике при контроле строительных конструкций разница температуры наружного воздуха в ночное и дневное время, например, достигает 10-15 градусов. Это вызывает нестационарные процессы теплопередачи в исследуемых конструкциях и делает метод неприменимым.
Решение этой проблемы предложено в монографии Будадин О.Н. и др., "Тепловой неразрушающий контроль изделий". М.: Наука, 2002. - C.139-145. Оно заключается в решении обратной задачи нестационарной теплопроводности в многослойной среде. Метод универсален, однако широкое его применение на практике сдерживается рядом недостатков, которые заключаются в следующем:
- имеется существенная нелинейная зависимость точности получаемых результатов от погрешности входных данных - результатов первичных измерений. Это приводит к необходимости обеспечивать малые значения погрешности результатов первичных измерений, что требует применение специальных измерительных приборов, квалифицированных операторов и т.п.; для измерений требуется соблюдение специальных климатических условий;
- наличие ошибки входных данных может привести к случаю, когда обратная задача не сходится, т.е. будет отсутствовать решение;
- решением обратной задачи, как правило, является не само сопротивление теплопередаче, а величина коэффициента теплопроводности одного из слоев, обычно слоя с наибольшим термическим сопротивлением, например, теплоизоляционного слоя ограждения.
Предлагаемый способ теплового неразрушающего контроля направлен на устранение перечисленных недостатков. Технический результат, достигаемый при его использовании, заключается в повышении достоверности определения качества исследуемого ограждения.
Заявленный способ заключается в следующем.
Величины плотности тепловых потоков на наружной и внутренней поверхностях qн(t) и qв(t), температуры сред и поверхностей ограждения Tн(t), Тпн(t), Tв(t) и Tпв(t) периодически, с периодом Δτ, измеряют в течение определенного интервала времени τ. После этого, сопоставляя qн(t), qв(t), определяют моменты времени t1, t2, ... tп, в которые величины плотности тепловых потоков на противоположных поверхностях ограждения равны с погрешностью Δq≤Δqmax,:
Figure 00000004
Из полученных моментов времени выбирают момент (tk), вблизи которого величины плотности тепловых потоков qв(tk) и qн(tk) совпадают с заданной погрешностью (Δqmax) в течение наибольшего интервала времени (Δtk):
Figure 00000005
Вследствие выполненных выше операций, из нестационарного процесса теплопередачи в течение времени (τ) определяется интервал времени, в течение которого в исследуемом объекте существует квазистационарный процесс и сопротивление теплопередаче ограждения определяется в соответствии с приведенной формулой для значений q=qн, qв, Тн, Тпн, Тв и Тпв, измеренных в момент tk.
Применение заявленного способа контроля позволяет:
- определять сопротивление теплопередаче объекта, т.е. определять качество объекта в реальных климатических условиях эксплуатации, т.е. в условиях нестационарного процесса теплопередачи;
- снизить требования к погрешности входных данных, что сразу повышает технологичность метода, расширяет область его применения, снижает требования к квалификации операторов, повышает производительность контроля;
- определять непосредственно само сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Это важно в тех случая контроля, когда не известна структура объекта, его геометрические и теплофизические характеристики.
Способ не имеет областей "отсутствия решений", прост в реализации, не требует больших вычислительных мощностей и сложного математического аппарата.
Экспериментальные исследования способа проведены на образце материала с известными геометрическими и теплофизическими параметрами. Для создания процесса нестационарной теплопередачи использовалась климатическая камера.
Схема проведения экспериментальных исследований показана на фиг.1, на фиг.2, 3 приведены результаты экспериментальных исследований в виде графиков. Экспериментальная установка включает:
1 - герметичную оболочку с теплоизолирующими стенами;
2 - исследуемый объект;
3, 4 - аппаратуру создания заданного температурного, влажностного режимов и скорости движения воздуха, например, холодильник;
5 - тепловизионную систему ИРТИС-200МС;
6 - систему распределения температурного, влажностного режимов и скорости движения воздуха по рабочему объему камеры, например, вентилятор;
7 - комплект датчиков измерения температурного, влажностного режимов и скорости движения воздуха по рабочему объему камеры;
8 - контроллер №1 - сбора многоканальной информации и управления температурным, влажностным режимами и скоростью движения воздуха по рабочему объему камеры;
9 - контроллер №2 - сбора многоканальной информации и управления системой регулирования распределения температурного, влажностного режимов и скорости движения воздуха по рабочему объему камеры;
10 - контроллер №3 - сбора многоканальной информации;
11 - контроллер №4 - сбора информации видеоизображения температурных полей и управления тепловизионной системой;
12, 13 - микропроцессорные вычислительные системы;
14 - системное и прикладное программное обеспечение сбора, обработки и управления многоканальной информацией;
15 - первичные преобразователи (датчики) температуры и теплового потока.
Комплекс работает следующим образом.
Исследуемый объект 2 устанавливается в климатическую камеру 1. С помощью устройств 3, 4, 6 в камере создается требуемый температурный, влажностной режимы и скорость движения воздуха. Характеристики режимов задаются микропроцессорной вычислительной системой 12 через контроллер 8 посредством программного обеспечения 14. Контроль за режимами в камере осуществляется посредством датчиков 7 микропроцессорной вычислительной системой 12 через контроллер 9. Программное обеспечение 14 позволяет имитировать в климатической камере режимы различных климатических зон. На контролируемом объекте 2 устанавливаются датчики температуры и теплового потока 15 в необходимом количестве. Результаты измерений температуры и теплового потока от датчиков 15 через контроллер 10 поступают в микропроцессорную вычислительную систему 13, где производится их обработка по алгоритмам посредством программного обеспечения 14. При необходимости по результатам показаний датчиков 15 производится корректировка программ управления температурными, влажностными режимами и скорости движения воздуха климатической камеры. Температурное поле поверхности контролируемого объекта 2 регистрируется тепловизионной системой 5 ИРТИС-200МС с заданной временной периодичностью, температурным и геометрическим разрешением. Управление работой тепловизионного комплекса 5 осуществляется микропроцессорной вычислительной системой 13 через контроллер 11 посредством программного обеспечения 14. При необходимости режимы регистрации температурных полей тепловизионным комплексом 5 корректируются в процессе проведения контроля. Окончательно результаты контроля обрабатываются микропроцессорной вычислительной системой 13.
В качестве эталонного образца для экспериментальных исследований использовалась пластина из пенопласта со следующими характеристиками:
- толщина - δ=0,12 м,
- теплопроводность - λ=0,08 Вт/(м × град).
Расчетное значение сопротивления теплопередаче составляет
Rр=δ/λ=1,5 м2/(Вт × град).
Полученное согласно предлагаемого способа значение сопротивления теплопередаче лежит в диапазоне:
Rэ=1,497...1,504 м2/(Вт × град) для различных моментов времени совпадения тепловых потоков (см. фиг.2).
Относительная ошибка результатов измерений составляет менее 0,3%.
Таким образом, проведенные исследования подтверждают эффективность предлагаемого способа и возможность его практической реализации.

Claims (1)

  1. Способ теплового неразрушающего контроля, заключающийся в создании плотности теплового потока через контролируемое ограждение, измерении его величины q на одной из поверхностей (например, на внутренней поверхности qв), измерении температуры сред около противоположных поверхностей Тн, Тв, температуры противоположных поверхностей Тпн, Тпв, определении качества контролируемого объекта по его сопротивлению теплопередачи (R0) в соответствии с формулой
    Figure 00000006
    отличающийся тем, что дополнительно измеряют величину плотности теплового потока на противоположной поверхности qн; измерения величин плотности теплового потока qн(t), qв(t) и температур Tн(t), Tв(t), Tпн(t), Tпв(t) осуществляют периодически в течение интервала времени τ, задают допустимую для определения качества объекта погрешность измерения плотности тепловых потоков Δqmax, определяют моменты времени t1, t2, ... tn, в которые величины потоков на противоположных поверхностях равны с погрешностью Δq≤Δqmax: |qн(t)-qв(t)|≤Δqmax, продолжают измерять плотность тепловых потоков до выхода разности их значений за пределы Δqmax, из полученных моментов времени выбирают момент tk, вблизи которого величины плотности тепловых потоков qв(tk) и qн(tk) совпадают с заданной погрешностью Δqmax в течение наибольшего интервала времени Δtk, определяют качество объекта в соответствии с приведенной формулой для значений q=qн, qв, Тн, Тпн, Tв и Тпв, измеренных в момент tk.
RU2004112458/28A 2004-04-23 2004-04-23 Способ теплового неразрушающего контроля RU2262686C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004112458/28A RU2262686C1 (ru) 2004-04-23 2004-04-23 Способ теплового неразрушающего контроля

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004112458/28A RU2262686C1 (ru) 2004-04-23 2004-04-23 Способ теплового неразрушающего контроля

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2262686C1 true RU2262686C1 (ru) 2005-10-20

Family

ID=35863171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004112458/28A RU2262686C1 (ru) 2004-04-23 2004-04-23 Способ теплового неразрушающего контроля

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2262686C1 (ru)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2457471C2 (ru) * 2010-10-14 2012-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО" Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи
RU2468359C1 (ru) * 2011-06-09 2012-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций строительных сооружений
RU2476866C2 (ru) * 2011-04-20 2013-02-27 Сергей Сергеевич Сергеев Устройство измерения сопротивления теплопередаче строительной конструкции
RU2640124C2 (ru) * 2016-04-12 2017-12-26 Общества с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "СИРИУС" Способ теплового контроля сопротивления теплопередачи многослойной конструкции в нестационарных условиях теплопередачи
RU2644087C1 (ru) * 2017-05-03 2018-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи
EA029331B1 (ru) * 2015-11-27 2018-03-30 Белорусский Национальный Технический Университет Способ определения сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции
RU2650052C1 (ru) * 2017-03-20 2018-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях
RU2696674C1 (ru) * 2018-11-14 2019-08-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ определения изменения термического сопротивления и коэффициента теплопроводности при возникновении в наружной стене физического эффекта встречных тепловых потоков по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2457471C2 (ru) * 2010-10-14 2012-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО" Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи
RU2476866C2 (ru) * 2011-04-20 2013-02-27 Сергей Сергеевич Сергеев Устройство измерения сопротивления теплопередаче строительной конструкции
RU2468359C1 (ru) * 2011-06-09 2012-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций строительных сооружений
EA029331B1 (ru) * 2015-11-27 2018-03-30 Белорусский Национальный Технический Университет Способ определения сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции
RU2640124C2 (ru) * 2016-04-12 2017-12-26 Общества с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "СИРИУС" Способ теплового контроля сопротивления теплопередачи многослойной конструкции в нестационарных условиях теплопередачи
RU2650052C1 (ru) * 2017-03-20 2018-04-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях
RU2644087C1 (ru) * 2017-05-03 2018-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи
RU2696674C1 (ru) * 2018-11-14 2019-08-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ определения изменения термического сопротивления и коэффициента теплопроводности при возникновении в наружной стене физического эффекта встречных тепловых потоков по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2383008C1 (ru) Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнических характеристик материалов и конструкций
Zeng et al. Absolute peak slope time based thickness measurement using pulsed thermography
US7769201B2 (en) Method for analyzing multi-layer materials from one-sided pulsed thermal imaging
RU2420730C2 (ru) Способ теплового контроля сопротивления теплопередаче многослойной конструкции в нестационарных условиях теплопередачи
US20150211946A1 (en) Self-calibrated flow meter
Chaffar et al. Thermal characterization of homogeneous walls using inverse method
RU2262686C1 (ru) Способ теплового неразрушающего контроля
RU2578260C1 (ru) Способ теплового неразрушающего контроля скрытых дефектов вспененного изолирующего слоя в изделиях с многослойной структурой
Vladimirovich et al. Measuring the thermo physical properties of construction projects
RU2323435C2 (ru) Способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительных конструкций
CN109540968A (zh) 一种定量检测设备内部三维缺陷的方法
Simões et al. Laboratory assessment of thermal transmittance of homogeneous building elements using infrared thermography
Popow et al. Determination of depth and size of defects in carbon-fiber-reinforced plastic with different methods of pulse thermography
RU2457471C2 (ru) Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи
Silva et al. Analyzing the influence of thermal NDT parameters on test performance
Defer et al. Non-destructive testing of a building wall by studying natural thermal signals
Capobianchi et al. A new technique for measuring the Fickian diffusion coefficient in binary liquid solutions
RU2753620C1 (ru) Способ определения кинетических теплофизических свойств анизотропных композитных материалов
RU2640124C2 (ru) Способ теплового контроля сопротивления теплопередачи многослойной конструкции в нестационарных условиях теплопередачи
RU2480739C1 (ru) Способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции
RU2512663C2 (ru) Устройство определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции в реальных условиях эксплуатации
JPH04331360A (ja) 表層欠陥の検出装置
RU2475729C1 (ru) Способ теплотехнического обследования зданий и сооружений
RU2657332C1 (ru) Способ определения приведенного термического сопротивления неоднородной ограждающей конструкции в климатической камере
RU2650052C1 (ru) Способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях

Legal Events

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

Effective date: 20150424