RU2327148C1

RU2327148C1 - Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных строительных конструкций

Info

Publication number: RU2327148C1
Application number: RU2006130893/28A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Чернышов (RU); Алексей Владимирович Чернышов; Геннадий Николаевич Иванов (RU); Геннадий Николаевич Иванов
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-06-20
Also published as: RU2006130893A

Abstract

Использование: для неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных строительных конструкций. Сущность: заключается в том, что используют источник тепловой энергии (лазер) и два термоприемника, один из которых сфокусирован в точку теплового воздействия источника, а другой - в точку поверхности наружного слоя, находящуюся от центра пятна нагрева на расстоянии, равном толщине первого слоя, определяют максимально возможную мощность теплового воздействия, после чего определяют мощность тепловых импульсов для первого и второго заданного значения избыточной температуры соответственно на первом и втором заданном расстоянии от точки нагрева, меньшем, чем толщина первого (или второго) слоя, затем, используя полученные результаты измерений, определяют теплофизические свойства наружных слоев конструкции, а для определения теплофизических свойств внутреннего слоя конструкции осуществляют тепловое воздействие дисковым нагревателем, регистрируют величину теплового потока при помощи датчика, измеряют температуру в точках, расположенных соответственно под дисковым нагревателем и на контактной поверхности датчика теплового потока. Технический результат: повышение точности определения теплофизических свойств многослойных конструкций. 3 ил., 2 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к строительной теплотехнике, в частности к измерениям теплофизических свойств (ТФС) многослойных ограждающих конструкций (наружных перекрытий, перегородок, покрытий, полов и т.п.) без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик.

Известен способ неразрушающего контроля ТФС материалов и изделий (см. а.с. СССР N 1122955, кл. G04N 25/18, 1984), состоящий в тепловом воздействии путем скачкообразного изменения температуры и поддержания ее на новом постоянном уровне на поверхности исследуемого изделия, состоящего из пластины, приведенной в тепловой контакт с полубесконечным в тепловом отношении телом, измерении через заданные промежутки времени теплового потока на поверхности пластины и определении искомых ТФС полубесконечного тела по соответствующим формулам с учетом измеренных параметров.

Недостатками данного способа являются, во-первых, необходимость в эталонировании, т.е. применении пластины из эталонного материала, приводимой в тепловой контакт с исследуемым образцом, что снижает метрологический уровень способа, т.к. в результаты измерений дополнительно вносится погрешность определения ТФС эталонов, которая составляет в лучшем случае не менее 5-7%, во-вторых, область применения этого способа ограничена однослойными изделиями, состоящими из контакта пластины и полубесоконечного в тепловом отношении тела.

Известен также способ определения ТФС строительных материалов и конструкций (см. а.с. СССР N 1122956, кл. G04N 25/18, 1984), согласно которому вводят в соприкосновение поверхности эталонного тела и исследуемой конструкции, подают тепловой импульс и регистрируют изменение температуры в плоскости их соприкосновения, при этом регистрацию изменения температуры производят в два разных промежутка времени, вычисляют коэффициент тепловой активности исследуемого изделия, а затем вычисляют искомые ТФС.

Недостатками этого способа являются также ограниченность области его применения однослойными конструкциями и, кроме того, сложность алгоритма расчета искомых ТФС, так как вначале вычисляют критическое время, коэффициенты тепловой активности по громоздким формулам и лишь затем по полученным данным рассчитывают искомые ТФС.

За прототип принят способ определения теплофизических характеристик многослойных строительных конструкций (см. патент RU N 2140070 С1, кл. G01N 25/18), заключающийся в адиабатическом воздействии на поверхность каждого наружного слоя соответствующим дисковым нагревателем, расположенным в полости зонда, окаймленного теплоизоляционным кольцом, и регистрации зависимости температуры поверхности исследуемого материала от времени. Для определения коэффициентов температуропроводности наружных слоев конструкции регистрируют зависимость температуры от времени в четырех поверхностных точках: под обоими нагревателями и в двух точках поверхности, расположенных под соответствующими охранными кольцами и отстоящих на заданных расстояниях от краев нагревателей. Для определения теплофизических характеристик внутренних слоев конструкции один из нагревателей отключают и регистрируют зависимость температуры поверхности от времени в двух из указанных точках.

Недостатками прототипа является большая методическая погрешность определения искомых ТФС, обусловленная неадекватностью используемой математической модели для описания температурного поля по толщине изделия физике реальных тепловых процессов, а также влиянием на тепловой процесс в наружных слоях теплофизических свойств внутреннего слоя конструкции, что вообще не учитывается в модели, описывающей эти тепловые процессы. Кроме того, недостатком прототипа является сложность и громоздкость вычислений при определении контролируемых ТФС, что существенно затрудняет реализацию способа-прототипа. Еще одним существенным недостатком способа-прототипа является то, что определение ТФС наружных слоев конструкции авторы предлагают осуществлять контактным методом, что обуславливает значительную погрешность температурно-временных измерений из-за влияния контактных термосопротивлений, значение которых носит случайный характер, зависит от состояния поверхности контактирующих тел, степени их прижатия друг к другу и т.д., что не позволяет определить величину термосопротивления для внесения поправок или коррекции результатов измерений.

Техническая задача изобретения - повышение точности определения искомых теплофизических свойств многослойных конструкций без нарушения их целостности.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных строительных конструкций, состоящем в адиабатическом тепловом воздействии на поверхность наружного слоя конструкции дисковым нагревателем, расположенным в контактной плоскости измерительного зонда, окаймленного охранным теплоизоляционным кольцом, и регистрации зависимости температуры поверхности исследуемого изделия от времени, вначале над первым наружным слоем исследуемого объекта помещают источник тепловой энергии (лазер) и два термоприемника, один из которых сфокусирован в точку теплового воздействия источника, а другой - в точку поверхности этого слоя, находящуюся от центра пятна нагрева на расстоянии, равном толщине первого слоя конструкции, затем начинают перемещение источника и термоприемников над исследуемым слоем с заданной постоянной скоростью, осуществляют бесконтактное воздействие тепловыми импульсами от лазера и измеряют термоприемниками значение избыточной температуры в заданных точках поверхности исследуемого слоя по электромагнитному излучению, при этом осуществляют широтно-импульсную модуляцию лазерного луча, прерывая его фотозатвором и изменяя (увеличивая) мощность теплового импульса, причем температуру в точке теплового воздействия контролируют в паузах между тепловыми импульсами, т.е. асинхронно с подачей импульсов, исключая тем самым прямое попадание на термоприемник части энергии лазерного луча, отраженного от поверхности исследуемого слоя, увеличивают постепенно мощность тепловых импульсов до тех пор, пока в точке поверхности первого слоя, находящейся на расстоянии от центра пятна нагрева, равном толщине этого слоя, появится избыточная температура, равная, например, 0,1...0,2К, либо контролируемая в центре пятна нагрева температура приблизится к величине, равной 0,8...0,9 температуры термодеструкции исследуемого материала, на этом увеличение мощности тепловых импульсов прекращают и определяют максимально возможную мощность теплового воздействия от импульсного источника, при которой на тепловой процесс в исследуемом наружном слое не влияет внутренний слой исследуемой трехслойной конструкции, а также обеспечивается полная гарантия сохранения целостности исследуемого материала, далее фокусируют один из термоприемников в точку поверхности первого наружного слоя, находящуюся на первом заданном расстоянии от точки нагрева, меньшем толщины этого слоя, например равном половине толщины этого слоя, начинают перемещение источника энергии и термоприемника над исследуемым слоем с постоянной скоростью, при этом изменяют мощность тепловых импульсов точечного источника в диапазоне, ограниченном сверху найденным максимально допустимым значением, до тех пор, пока контролируемая термоприемником избыточная температура станет равной заранее заданному значению, определяют при этом установившуюся мощность тепловых импульсов, затем изменяют расстояние между центром пятна нагрева и точкой фокусировки термоприемника на второе значение, не превышающее также величины толщины исследуемого слоя, и изменяют мощность тепловых импульсов источника, не превышая также допустимо максимального значения, до тех пор, пока избыточная температура на этом расстоянии станет равной второму наперед заданному значению, которое, например, на 10-15% отличается от первого заданного значения, определяют при этом также установившуюся мощность тепловых импульсов, далее осуществляют вышеописанные измерительные процедуры для второго наружного слоя изделия и, используя полученные результаты измерений, по соответствующим математическим зависимостям определяют теплофизические свойства наружных слоев конструкции, для определения теплофизических свойств внутреннего слоя исследуемой конструкции на контактной поверхности второго зонда вместо дискового нагревателя помещают датчик теплового потока, осуществляют тепловое воздействие дисковым нагревателем первого зонда, регистрируют величину теплового потока при помощи датчика, расположенного на контактной плоскости второго зонда, а также измеряют температуру в точках, расположенных соответственно под дисковым нагревателем и на контактной поверхности датчика теплового потока, используя измеренные значения температур в указанных точках и измеренное значение теплового потока, пронизывающего слои исследуемой конструкции, а также ранее полученные значения теплофизических свойств наружных слоев, при помощи математических зависимостей, описывающих перепад температур в каждом из трех слоев, определяют искомые теплофизические свойства внутреннего слоя исследуемой конструкции.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Для определения ТФС наружных слоев конструкции 1 над ними помещают точечный источник тепловой энергии 2 (лазер) и термоприемники 3 и 4 (фиг.1), один из которых сфокусирован в точку теплового воздействия источника, а другой - в точку поверхности этого слоя, находящуюся от центра пятна нагрева на расстоянии x=h₁, равном толщине первого слоя конструкции.

Далее начинают перемещение источника энергии 2 и термоприемников 3 и 4 над исследуемым изделием 1 со скоростью V. При этом осуществляют широтно-импульсную модуляцию лазерного луча, прерывая его фотозатвором 5 и изменяя при этом мощность тепловых импульсов, наносимых на поверхность исследуемого тела (см. фиг.2б). Увеличение мощности тепловых импульсов Q_i осуществляют до тех пор, пока в точке поверхности x=h₁ появится избыточная температура, равная 0,1÷0,2К. При этом термоприемником 4, сфокусированным в центр пятна нагрева источника, измеряют в паузах между тепловыми импульсами избыточную температуру поверхности слоя, исключая тем самым прямое попадание на термоприемник (инфракрасный первичный преобразователь температуры) части энергии лазерного луча, отраженного от поверхности исследуемого слоя.

Контролируемую температуру центра пятна нагрева постоянно сравнивают с температурой термодеструкции T_терм исследуемого материала и, если температура нагрева приблизится к величине, равной (0,8-0,9)T_терм, а в точке x=h₁ еще нет избыточной температуры, то увеличение мощности импульсов Q_i прекращается, тем самым фиксируется верхний предел мощности импульсов источника Q_max.

Если же в точке x=h₁ появилась избыточная температура 0,1-0,2К, то на этом увеличение мощности прекращается, т.е. устанавливается максимально возможная мощность Q_max, при которой на тепловой процесс в исследуемом слое не влияют ТФС внутреннего слоя изделия. При этом избыточная температура в центре пятна лазерного источника может быть и ниже значения (0,8-0,9)T_терм.

Определив верхний допустимый предел мощности тепловых импульсов Q_max, фокусируют термоприемник 3 в точку поверхности первого наружного слоя исследуемого объекта, находящуюся на расстоянии R₁ от центра пятна нагрева лазера (см. фиг.1), и начинают перемещение источника энергии и термоприемника над исследуемым изделием со скоростью V. Расстояние R₁ задают меньше величины h₁, например можно задать R₁=h₁/2.

Затем увеличивают мощность тепловых импульсов, начиная с Q_min, но не выше найденного Q_max, в соответствии с зависимостью:

где ΔT_i=T_зад.1-T(τ_i) - разность между наперед заданной температурой и текущей избыточной температурой в точке контроля T(τ_i) в моменты времени

τ_i=К₄ΔT_i-1+τ₀;

τ₀ - минимальный интервал времени определения разности ΔТ_i, который задается в диапазоне от 1 до 3 с; К₂, К₃, К₄ - коэффициенты пропорциональности, причем К₂ задается в диапазоне от 0,2 до 5, К₃ - от 10 до 50, К₄ - от 0,1 до 5; для материалов с большой теплопроводностью значение К₄ целесообразно брать >1, а для теплоизолятора - <1, так как в первом случае термограмма нагрева изменяется динамичнее и для определения равенства установившейся температуры заданному значению необходимо чаще определять ΔТ_i. Определяют такую мощность импульсов Q_x1, при которой установившееся значение избыточной температуры в точке контроля станет равным наперед заданному значению Т_зад.1 (см. фиг.2).

Затем еще увеличивают мощность тепловых импульсов в соответствии с зависимостями (1) и (2) до тех пор, пока установившееся значение избыточной температуры в точке контроля станет равным второму наперед заданному значению Т_зад.2, которое на 10-15% превышает значение Т_зад.1, и определяют мощность тепловых импульсов Q_х2 (см. фиг.2). По найденным значениям мощностей Q_х1 и Q_х2 рассчитываются искомые теплофизические характеристики исследуемого материала по формулам, полученным на основании следующих рассуждений.

Известно [см., например, Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1951. - 296 с.], что уравнение квазистационарного состояния процесса распространения теплоты точечного источника постоянной мощности q, движущегося с постоянной скоростью V над поверхностью полубесконечного в тепловом отношении тела, имеет следующий вид:

где T(R, x) - температура в рассматриваемой точке R (фиг.1); λ - коэффициент теплопроводности тела, Вт/(м·К); а - коэффициент температуропроводности тела, м²/с;

- расстояние от точечного источника тепла мощностью q до точки поверхности полубесконечного в тепловом отношении тела с координатами (x, у).

В соответствии с изложенным выше алгоритмом измерений, используя соотношение (3), значения избыточных температур в точках контроля R₁ и R₂ можно записать в виде

где F_имп - частота тепловых импульсов от источника тепла; Q_x1, Q_x2 - мощности тепловых импульсов источника тепла соответственно при контроле избыточных температур в точках поверхности на расстоянии R₁ и R₂ от пятна источника тепла.

После несложных математических преобразований системы уравнений (4) и (5) получим формулу для определения коэффициента температуропроводности исследуемого материала в виде

Коэффициент теплопроводности определяют по формуле, полученной при подстановке выражения (6) в (4) и имеющей вид

Для определения ТФС второго наружного слоя конструкции измерительный зонд (лазер и термоприемник) фокусируют на поверхность второго слоя, осуществляют вышеизложенные измерительные процедуры и, определив мощности импульсов Q_x1 и Q_x2, по соотношениям (6) и (7) рассчитывают искомые ТФС второго наружного слоя строительной конструкции.

Для определения ТФС материалов внутреннего слоя конструкции на каждую из наружных поверхностей полубесконечной в тепловом отношении многослойной конструкции (фиг.3) устанавливают по одному зонду 6, 7, в плоскости контакта первого из которых расположены дисковый нагреватель 8, а также термопара 9, помещенная в центр контактной плоскости дискового нагревателя. В плоскости контакта второго термозонда расположен датчик теплового потока 10, а в центре круга датчика теплового потока вмонтирована вторая термопара 11. Нагреватель и термопары как первого, так и второго зондов закрыты по внешней от контактной плоскости стороне теплоизоляционным материалом 12 типа рипора или асбеста, обеспечивая направленное движение тепловых потоков на наружную поверхность конструкции и препятствуя теплообмену в других направлениях, тем самым обеспечивая реализацию адиабатического режима нагрева.

При определения ТФС материалов внутреннего слоя конструкции включают дисковый нагреватель 8 и осуществляют подвод к поверхности конструкции удельного теплового потока через круг до тех пор, пока на противоположной поверхности конструкции появится тепловой поток. Измеряют при этом величину установившегося теплового потока Q_x3, а также температуру в плоскостях А и Г (фиг.3) с помощью термопар 9 и 11.

Перепад температур на первом слое конструкции в соответствии с [см., например, Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М: Высш. шк., 1984. - 247 с.] определяется как

Отсюда температура в плоскости Б (фиг.3) определяется из соотношения

По аналогии с (8) температура в плоскости В (фиг.3) определяется из соотношения

Используя выражения (9) и (10), перепад температуры на внутреннем слое конструкции определяется выражением

Из выражения (11) искомый коэффициент теплопроводности внутреннего слоя конструкции определяется по соотношению

Для определения коэффициента температуропроводности внутреннего слоя конструкции используем аналитическое решение [см., например, Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности / Под ред. А.Г.Шашкова. - Мн.: Наука и техника, 1986. - 392 с.], описывающее распределение температуры по толщине h₂ слоя материала и во времени τ при использовании модели полупространства и имеющее вид

Имея информацию о λ и q_х и используя известные подробные таблицы для определения функции кратного интеграла вероятности ierfc z, численным методом из выражения (13) легко определить искомый коэффициент температуропроводности a₂.

Таким образом, имея информацию об установившейся мощности тепловых импульсов точечного линейного источника тепла (лазера) и измерив температуру в заданных точках поверхности исследуемого изделия, по соотношениям (6) и (7) определяют ТФС наружных слоев конструкции, а измерив тепловой поток на противоположной от дискового нагревателя стороне изделия и температуры на обеих внешних сторонах конструкции при действии дискового нагревателя, по соотношениям (12) и (13) определяют ТФС внутреннего слоя конструкции.

Для проверки работоспособности предложенного способа неразрушающего контроля ТФС были проведены эксперименты на трехслойном изделии, наружные слои которого выполнены из полиметилметакрилата толщиной 20 мм, а внутренний - из рипора толщиной 10 мм. Расстояния между источником и термоприемником задавались R₁=0,01 м, R₂=0,007 м, а скорость движения измерительной головки бралась равной V=0,02 м/с.

Данные экспериментов для наружных слоев конструкции приведены в таблице №1, а для внутреннего слоя - в таблице №2.

Таблица №1
	T_зад.1	T_зад.2	F_имп	Q_х1	Q_х2	λ_1,3	a_1,3	δλ, %	δa, %
Наружный слой №1	30	40	12,6	0,42	0,68	0,184	1,08·10^-7	4,2	6,8
Наружный слой №2	30	40	12,6	0,46	0,72	0,186	1,09·10^-7	3,8	5,6

Таблица №2
	T₁	Т₂	T₃	T₄	q_х	λ₂	а₂	δλ₂, %	δa₂, %
Внутренний слой	67	63,2	27,4	22,6	34,6	0,025	4,87·10^-7	3,6	5,42

Экспериментальная проверка показала корректность основных теоретических выводов, положенных в основу предложенного способа неразрушающего контроля ТФС материалов, и позволяет сделать вывод о том, что разработанный способ найдет широкое применение при определении теплозащитных свойств многослойных строительных конструкций зданий и сооружений.

Основным недостатком способа-прототипа является неадекватность использования математической модели описания температурного поля по толщине изделия z физике реальных тепловых процессов, т.к. в прототипе используется одномерное решение для полуограниченного тела при действии постоянного теплового потока по всей поверхности и имеющего [см., например, Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности. Под ред. А.Г.Шашкова. - Мн.: Наука и Техника. 1986. - 392 с.; см. формула 5-83, с.226.] следующий вид:

тогда как при подводе тепла к поверхности изделия через круг радиусом r₀, что имеет место в способе-прототипе, решение, описывающее распределение температуры по толщине z во времени τ, имеет следующий вид [см., например, Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности. Под ред. А.Г.Шашкова. - Мн.: Наука и Техника. 1986. - 392 с.; см. формула 5-81, с.226]:

Отсюда погрешность, обусловленная неадекватностью математического описания тепловых процессов в исследуемом изделии (отличием выражений (14) от (15)), порождает методическую погрешность способа-прототипа, величина которой, как показали расчеты и эксперименты на материалах с известными ТФС, составляет 40-50% при длительности эксперимента около 15 минут.

Существенным недостатком способа-прототипа является также приравнивание температуры на границе первого и второго слоев изделия к температуре на поверхности изделия на расстоянии от края дискового нагревателя, равном толщине первого слоя изделия (см. выражения (4) прототипа T_b2≈T_b1). Эти точки изделия находятся в неодинаковых условиях относительно дискового нагревателя: тепловой поток от нагревателя к первой точке идет через полуограниченное в тепловом отношении сплошное однородное тело - первый слой изделия, а тепловой поток ко второй точке идет по границе этого слоя и охранного теплоизолятора. Температурное поле в первой точке описывается выражением (14), а во второй точке описывается формулой (5-64) [см., например, Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности. Под ред. А.Г.Шашкова. - Мн.: Наука и Техника. 1986. - 392 с.].

Расчет для изделий из материалов с известными и стабильными ТФС (оргстекло, рипор) показал, что методическая погрешность, обусловленная некорректностью равенства T_b2≈Т_b1, составляет не менее 15-25%, причем, чем больше ТФС исследуемого материала (первый слой) отличается от ТФС охранного теплоизолятора, тем больше различие температур в указанных точках контроля, т.е. больше методическая погрешность определения искомых ТФС.

В заявленном же техническом решении при определении ТФС первого и третьего наружных слоев изделия для описания температурного поля при действии точечного импульсного источника тепла используется известное корректное решение (3) [см., например, Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1951. - 296 с.], а для определения ТФС внутреннего слоя изделия используется также известное в теории электротепловой аналогии выражение (8) [см., например, Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высш. шк., 1984]. Поэтому в разработанном техническом решении методическая погрешность от неадекватности описания математическими соотношениями физических процессов в исследуемом изделии сведена к минимуму, что в итоге позволяет существенно повысить точность измерения искомых ТФС в многослойных изделиях без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик. Кроме того, преимуществом заявленного технического решения по сравнению с прототипом является то, что для определения ТФС всех слоев используются несложные математические выражения, что существенно упрощает реализацию и повышает метрологический уровень разработанного способа, тогда как в способе-прототипе ТФС всех слоев определяются путем обработки термограммы нагрева с использованием кусочно-линейной аппроксимации, сложных громоздких вычислений, определением искомых ТФС слоев через тепловую активность и т.д., что, естественно снижает точность определения искомых свойств и создает дополнительные затраты при внедрении этого способа в практику теплофизических измерений.

Большим преимуществом разработанного способа по сравнению с прототипом является также и то, что при бесконтактном определении ТФС наружных слоев изделий исключается из результатов измерений погрешность от влияния контактных термосопротивлений, величина которых, как показывает практика теплофизических измерений, составляет не менее 15-25%, носит случайный характер, зависит от многих параметров контактирующих тел, поэтому практически не может быть исключена путем введения поправок или коррекцией результатов измерений. Кроме того, сканирование над большими участниками исследуемых наружных слоев измерительной головки, состоящей из лазерного источника тепла и термоприемника, позволяет получить значительно большее по сравнение со способом-прототипом количество информации об объекте исследования, что существенно повышает достоверность и точность результатов измерения искомых ТФС.

Существенным преимуществом заявленного технического решения по сравнению с прототипом является адаптивный поиск в процессе теплофизического эксперимента оптимальных значений энергетических параметров (верхнего допустимого предела мощности тепловых импульсов), что, во-первых, позволяет создать такой тепловой режим в контролируемом изделии, при котором на тепловой процесс в каждом из исследуемых наружных слоев не влияет внутренний слой конструкции, т.е. исследуемый наружный слой можно считать полубесконечным в тепловом отношении к источнику тепла и тепрприемникам, что существенно повышает точность полученных результатов измерений, во-вторых, предварительное определение верхнего допустимого предела мощности тепловых импульсов, наносимых на исследуемые наружные слои, полностью исключает возможность разрушения исследуемых материалов из-за их нагрева до температуры термодеструкции, при которой они могут плавиться, гореть и т.д.

Приведенные выше результаты численных и физических экспериментов показали работоспособность предложенного способа и существенные преимущества его по сравнению с известными техническими решениями, что позволяет сделать вывод о перспективности и эффективности применения разработанного способа при определении теплозащитных свойств многослойных строительных конструкций зданий и сооружений без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик.

Claims

Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств многослойных строительных конструкций, состоящий в адиабатическом тепловом воздействии на поверхность наружного слоя конструкции дисковым нагревателем, расположенным в контактной плоскости измерительного зонда, окаймленного охранным теплоизоляционным кольцом, и регистрации зависимости температуры поверхности исследуемого изделия от времени, отличающийся тем, что в начале над первым наружным слоем исследуемого объекта помещают источник тепловой энергии (лазер) и два термоприемника, один из которых сфокусирован в точку теплового воздействия источника, а другой - в точку поверхности этого слоя, находящуюся от центра пятна нагрева на расстоянии, равном толщине первого слоя конструкции, затем начинают перемещение источника и термоприемников над исследуемым слоем с заданной постоянной скоростью, осуществляют бесконтактное воздействие тепловыми импульсами от лазера и измеряют термоприемниками значение избыточной температуры в заданных точках поверхности исследуемого слоя по электромагнитному излучению, при этом осуществляют широтно-импульсную модуляцию лазерного луча, прерывая его фотозатвором и изменяя (увеличивая) мощность теплового импульса, причем температуру в точке теплового воздействия контролируют в паузах между тепловыми импульсами, т.е. асинхронно с подачей импульсов, исключая тем самым прямое попадание на термоприемник части энергии лазерного луча, отраженного от поверхности исследуемого слоя, увеличивают постепенно мощность тепловых импульсов до тех пор, пока в точке поверхности первого слоя, находящейся на расстоянии от центра пятна нагрева, равном толщине этого слоя, появится избыточная температура, равная, например, 0,1...0,2 К, либо контролируемая в центре пятна нагрева температура приблизится к величине, равной 0,8...0,9 температуры термодеструкции исследуемого материала, на этом увеличение мощности тепловых импульсов прекращают и определяют максимально возможную мощность теплового воздействия от импульсного источника, при которой на тепловой процесс в исследуемом наружном слое не влияет внутренний слой исследуемой трехслойной конструкции, а также обеспечивается полная гарантия сохранения целостности исследуемого материала, далее фокусируют один из термоприемников в точку поверхности первого наружного слоя, находящуюся на первом заданном расстоянии от точки нагрева, меньшим толщины этого слоя, например, равным половине толщины этого слоя, начинают перемещение источника энергии и термоприемника над исследуемым слоем с постоянной скоростью, при этом изменяют мощность тепловых импульсов точечного источника в диапазоне, ограниченном сверху найденным максимально допустимым значением, до тех пор, пока контролируемая термоприемником избыточная температура станет равной заранее заданному значению, определяют при этом установившуюся мощность тепловых импульсов, затем изменяют расстояние между центром пятна нагрева и точкой фокусировки термоприемника на второе значение, не превышающее также величины толщины исследуемого слоя, и изменяют мощность тепловых импульсов источника, не превышая также допустимо максимального значения, до тех пор, пока избыточная температура на этом расстоянии станет равной второму наперед заданному значению, которое, например, на 10-15% отличается от первого заданного значения, определяют при этом также установившуюся мощность тепловых импульсов, далее осуществляют вышеописанные измерительные процедуры для второго наружного слоя изделия и, используя полученные результаты измерений, по соответствующим математическим зависимостям определяют теплофизические свойства наружных слоев конструкции, для определения теплофизических свойств внутреннего слоя исследуемой конструкции на контактной поверхности второго зонда вместо дискового нагревателя помещают датчик теплового потока, осуществляют тепловое воздействие дисковым нагревателем первого зонда, регистрируют величину теплового потока при помощи датчика, расположенного на контактной плоскости второго зонда, а также измеряют температуру в точках, расположенных соответственно под дисковым нагревателем и на контактной поверхности датчика теплового потока, используя измеренные значения температур в указанных точках и измеренное значение теплового потока, пронизывающего слои исследуемой конструкции, а также ранее полученные значения теплофизических свойств наружных слоев, при помощи математических зависимостей, описывающих перепад температур в каждом из трех слоев, определяют искомые теплофизические свойства внутреннего слоя исследуемой конструкции.