RU2685804C1

RU2685804C1 - Method for quality control of heat pipe

Info

Publication number: RU2685804C1
Application number: RU2018116914A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Карачинов; Юрий Владимирович Килиба; Дмитрий Александрович Петров; Александр Сергеевич Ионов
Original assignee: Акционерное общество "ОКБ-Планета" (АО "ОКБ-Планета")
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2019-04-23

Abstract

FIELD: heating equipment.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering, in particular to methods for monitoring the quality of heat pipes with a symmetrical structure. Proposed method allows to exclude the background radiation and the reflections from the surface of the heat pipe supplied for its heating of infrared radiation using non-contact methods of pulsed heat and temperature measurement. On the surface of the heat pipe spatially separate the localization zone of the pulsed source of heat flow and the area for measuring the temperature of the surface of the heat pipe. In this case, the temperature measurement of the surface of the heat pipe is carried out on the brightness contrast of the surface being monitored in the infrared wavelength range, and pulsed heat supply to the center of the heat pipe surface is performed by the radiation method on the side opposite to the temperature measurement side.

EFFECT: increasing the information content and reliability of heat pipe quality control.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к методам контроля качества тепловых труб с симметричной структурой.The invention relates to heat engineering, in particular to methods of quality control of heat pipes with a symmetric structure.

Известен способ контроля качества симметричной тепловой трубы на нестационарном режиме, в котором импульсный подвод тепла осуществляют к середине тепловой трубы и определяют расстояние до зон с одинаковой температурой, а о качестве тепловой трубы судят по соотношению этих расстояний, при этом зону дефекта определяют как расстояние от точки с одинаковой температурой, наиболее близкой к зоне теплоподвода до ближайшего к ней конца тепловой трубы. (Патент РФ №2059960, Кл. F28D 15/02, опубл. 1996) [1].There is a method of quality control of a symmetric heat pipe in a non-stationary mode, in which a pulsed heat supply is carried out to the middle of the heat pipe and the distance to the zones with the same temperature is determined, and the quality of the heat pipe is judged by the ratio of these distances, while the defect zone is defined as the distance from the point with the same temperature closest to the heat supply zone to the end of the heat pipe nearest to it. (RF patent №2059960, Cl. F28D 15/02, publ. 1996) [1].

Недостатком данного способа является низкая информативность и достоверность контроля, обусловленная невозможностью получения в реальном масштабе времени изображения температурного поля контролируемой области тепловой трубы, а также погрешностью измерения температуры, вызванной сложностью обеспечения надежного контакта датчика температуры и нагревателя с поверхностью корпуса тепловой трубы и наличия неконтролируемых тепловых потоков.The disadvantage of this method is the low information content and reliability of the control, due to the inability to obtain real-time images of the temperature field of the controlled area of the heat pipe, as well as the error in temperature measurement caused by the difficulty of ensuring reliable contact of the temperature sensor and heater with the heat pipe body and the presence of uncontrolled heat fluxes .

Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип способ контроля качества тепловой трубы путем импульсного подвода тепла к середине тепловой трубы со стороны измерения температуры, которую измеряют по разные стороны контрастной метки. При этом используют бесконтактные оптические методы подвода тепла и измерения температуры на длинах волн инфракрасного диапазона, а также цифровые методы обработки регистрируемого яркостного контраста теплового поля, а о качестве тепловой трубы судят по величине асимметрии изотермической поверхности относительно зоны подвода тепла, а зону дефекта определяют по искажению формы изотермических линий (Патент №2456524, МПК F28D 15/02, 20.07.2012 Бюл. №20.) [2].The closest technical solution is adopted for the prototype method of quality control of a heat pipe by pulsed heat supply to the middle of the heat pipe from the temperature measurement side, which is measured on opposite sides of the contrast mark. Non-contact optical methods of heat supply and temperature measurement at infrared wavelengths are used, as well as digital methods of processing the recorded brightness contrast of a thermal field, and the quality of the heat pipe is judged by the asymmetry of the isothermal surface relative to the heat supply zone, and the defect area is determined by the distortion forms of isothermal lines (Patent No. 2456524, IPC F28D 15/02, 20.07.2012 Byul. No. 20.) [2].

Недостатком данного способа является сильная зависимость качества регистрируемого яркостного контраста теплового поля от фонового излучения, попадающего во входной объектив тепловизора за счет процессов переотражения от поверхности тепловой трубы инфракрасного излучения, подводимого для ее нагрева.The disadvantage of this method is the strong dependence of the quality of the recorded brightness contrast of the thermal field on the background radiation entering the input lens of the imager due to the re-reflection processes on the surface of the heat pipe of the infrared radiation supplied to heat it.

Технической проблемой предлагаемого способа является исключение фонового излучения и переотражения от поверхности тепловой трубы инфракрасного излучения, подводимого для ее нагрева при использовании бесконтактных методов импульсного подвода тепла и измерения температур.The technical problem of the proposed method is the elimination of background radiation and reflections from the surface of the heat pipe of infrared radiation supplied to heat it when using non-contact methods of pulsed heat and temperature measurement.

Технический результат заключается в повышении информативности и достоверности контроля и достигается за счет того, что на поверхности тепловой трубы пространственно разделяют зону локализации импульсного источника теплового потока и зону измерения температур поверхности тепловой трубы. При этом, измерение температур поверхности тепловой трубы осуществляется по регистрируемому в инфракрасном диапазоне длин волн яркостному контрасту контролируемой поверхности, а импульсный подвод тепла к середине поверхности тепловой трубы осуществляется радиационным методом со стороны противоположной стороне измерения температуры. Так же, как и в прототипе, осуществляют обработку зарегистрированного тепловизионного изображения контролируемой поверхности, где по характеру искажения линий изотерм выявляются дефектные области, а по степени асимметрии изотермических поверхностей теплового поля контролируемой поверхности относительно зоны подвода тепла судят о качестве тепловой трубы. При пространственном разделении зоны локализации импульсного источника теплового потока и зоны измерения температур поверхности, конструкция тепловой трубы в рамках габаритных размеров по отношению к источнику инфракрасного излучения выполняет роль теплового экрана (см. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высш. Шк., 1984, - С. 91-99). Поэтому контролируемая поверхность тепловой трубы является теневой и позволяет при локальном нагреве формировать тепловые контрасты с более высокими значениями (см. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. М.: Мир, 1988. 416 с.), что способствует улучшению качества регистрируемого яркостного контраста теплового поля.The technical result is to increase the information content and reliability of the control and is achieved due to the fact that on the surface of the heat pipe spatially separate the zone of localization of the pulsed source of heat flow and the area of temperature measurement of the surface of the heat pipe. At the same time, the temperature measurement of the heat pipe surface is carried out using the brightness contrast of the surface being monitored in the infrared wavelength range, and the pulsed heat supply to the center of the heat pipe surface is performed by the radiation method from the side opposite to the temperature measurement. In the same way as in the prototype, a registered thermal image of the monitored surface is processed, where defective areas are detected by the nature of the isotherm lines distortion, and the heat pipe quality is judged by the degree of asymmetry of the isothermal surfaces of the thermal field of the monitored surface relative to the heat supply zone. In the case of spatial separation of the localization zone of the pulsed heat source and the surface temperature measurement zone, the design of the heat pipe plays the role of a heat shield within the overall dimensions with respect to the source of infrared radiation (see Dulnev, GN. Heat and mass transfer in electronic equipment. M. : Higher. Shk., 1984, - S. 91-99). Therefore, the controlled surface of the heat pipe is shadowy and allows for local heating to form thermal contrasts with higher values (see Gossorg J. Infrared thermography. Basics, technique, application: Translated from French. M .: Mir, 1988. 416 p.) that improves the quality of the recorded brightness contrast of the thermal field.

Для облегчения юстировки источника и тепловизора, а так же для повышения точности последующего расчета коэффициента асимметрии, в середине тепловой трубы, на стороне противоположной зоне локализации импульсного источника теплового потока одним из известных методов создают контрастную метку.To facilitate the alignment of the source and thermal imager, as well as to improve the accuracy of the subsequent calculation of the asymmetry factor, in the middle of the heat pipe, on the side opposite the zone of localization of the pulsed heat source, one of the known methods creates a contrast mark.

Технический результат достигается за счет того, что способ контроля качества тепловой трубы, включает бесконтактные оптические методы подвода тепла и измерения температуры на длинах волн инфракрасного диапазона, формирование контрастной метки в центре тепловой трубы, а также цифровые методы обработки регистрируемого яркостного контраста теплового поля, измерение коэффициента ассиметрии изотермической поверхности, причем к одной стороне тепловой трубы производится подвод тепла, а формирование контрастной метки и измерение температуры осуществляется на стороне противоположной стороне подвода тепла.The technical result is achieved due to the fact that the quality control method of a heat pipe includes non-contact optical methods of heat supply and temperature measurement at infrared wavelengths, the formation of a contrast mark in the center of the heat pipe, as well as digital processing methods of the recorded brightness contrast of the thermal field, measurement of the coefficient asymmetry of the isothermal surface, with heat being applied to one side of the heat pipe, and the formation of a contrast mark and temperature measurement ury is performed on the opposite side of the heat supply.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа.FIG. 1 shows a scheme for implementing the method.

На фиг. 2 представлено тепловизионное изображение зоны поверхности измерения температуры нагруженной тепловой трубы с симметричной структурой.FIG. 2 shows a thermal image of the surface area measuring the temperature of a loaded heat pipe with a symmetrical structure.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения: 1 - ИК импульсный источник света; 2 - импульсный источник теплового потока; 3 - тепловая труба; 4 - зона поверхности подвода тепла; 5 - зона поверхности измерения температуры; 6 - контрастная метка; 7 - входной объектив; 8 - тепловизор; 9 - канал связи; 10 - персональный компьютер с программным обеспечением, 11 - морфология температурного поля.In the drawing and in the text, the following notation is adopted: 1 - IR pulsed light source; 2 - pulsed source of heat flow; 3 - heat pipe; 4 - surface area of heat supply; 5 - temperature measurement surface area; 6 - contrast mark; 7 - input lens; 8 - thermal imager; 9 - communication channel; 10 - personal computer with software; 11 - morphology of the temperature field.

Способ осуществляется следующим образом. От инфракрасного источника света 1 на время 30-120 с. подают калиброванный тепловой импульс в виде лучистого теплового потока, который за счет явления оптического поглощения создает на поверхности зоны подвода тепла 4 тепловой трубы 3 импульсный источник теплового потока 2 заданной формы. Тепловой поток от источника 2 по всем направлениям посредством теплопередачи кондукцией в материале корпуса тепловой трубы вызывает нагрев, испарение и перенос теплоносителя в паровом канале тепловой трубы (см. Дульнев Т.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высш. Шк., 1984, - С. 146-150; Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. - М.: Энергия. 1979. 272 с.). За счет известных процессов конденсации пара теплоносителя, сопровождающихся выделением тепла происходит нагрев корпуса тепловой трубы 3, в том числе, и в зоне поверхности измерения температуры 5, где формируется морфология температурного поля, отражающая состояние качества тепловой трубы (см.: Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы. - М.: Энергия. 1979. 272 с.; Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Чулков Б.Л., Ягодкин И.В. Технологические основы тепловых труб. - М.: Атомиздат. 1980. 148 с.). В середине поверхности зоны измерения температуры 5 тепловой трубы 3 создают контрастную метку в форме визирной линии 6, ось которой совпадает с осью симметрии импульсного источника теплового потока 2, находящегося на противоположной стороне тепловой трубы 3. Проведенные авторами заявки оригинальные, целенаправленные исследования в рамках натурных экспериментов с визуализацией морфологии температурного поля в нагруженных симметричных тепловых трубах позволили установить, что в зоне поверхности измерения температуры 5 происходит синхронное распространение в противоположных направлениях тепловой трубы от импульсного источника теплового потока 2 одинаковых тепловых потоков, обеспечивающих формирование тепловых контрастов, несущих информацию о морфологических изменениях температурных полей, подлежащих технической регистрации. Формирование одним из известных методов контрастной метки 6, за счет операции юстировки измерительной системы с помощью входного объектива 7 позволяет уменьшить методическую погрешность измерений температуры и повысить точности расчета коэффициента асимметрии (см. Булашев С.В. Статистика для трейдеров - М.: Компания Спутник+, 2003. - 245 с.). Одновременно с подачей теплового импульса с помощью тепловизора 8, канала связи 9 и персонального компьютера 10 осуществляют регистрацию и запоминание изображения яркостного контраста поверхности 5 тепловой трубы 3, например, "в режиме стоп кадра" или "мультипликации". С помощью персонального компьютера 10 и программного обеспечения, реализующего известные алгоритмы цифровой обработки (см. Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физматлит, 2001. С. 192-201; С. 251-271; С. 601-624.), на сохраненных изображениях яркостного контраста поверхности 5 тепловой трубы 3 выделяют изотермические линии (изотермы) и рассчитывают коэффициент асимметрии изотермической поверхности относительно контрастной метки 6. Для качественной тепловой трубы изотермы будут располагаться симметрично относительно контрастной метки 6 и коэффициент асимметрии будет равен нулю. На некачественной тепловой трубе зону локализации дефекта, который может являться, в том числе, как источником, так и стоком тепловой энергии, определяют на обработанных изображениях визуально по искажениям линии изотермы 11.The method is as follows. From infrared light source 1 for a time of 30-120 s. serves a calibrated heat pulse in the form of a radiant heat flux, which, due to the phenomenon of optical absorption, creates on the surface of the heat supply zone 4 of the heat pipe 3 a pulsed source of heat flux 2 of a given shape. Heat flow from source 2 in all directions by heat transfer by conduction in the material of the heat pipe body causes heating, evaporation and transfer of heat carrier in the steam channel of the heat pipe (see T. Dulnev. Heat and mass transfer in electronic equipment. M .: Higher Shk ., 1984, pp. 146-150; Dan PD, Rey DA, Heat Pipes. - M .: Energy. 1979. 272 p.). Due to the known processes of condensation of steam coolant, accompanied by the release of heat, the heat pipe 3 is heated, including in the temperature measurement surface area 5, where the temperature field morphology is formed, reflecting the quality condition of the heat pipe (see: Dan PD , Ray D.A. Heat Pipes. - Moscow: Energy. 1979. 272 pp .; Ivanovsky M.N., Sorokin VP, Chulkov B.L., Yagodkin I.V. Technological Basis of Heat Pipes. M .: Atomizdat. 1980. 148 p.). In the middle of the surface of the zone, temperature measurements 5 of the heat pipe 3 create a contrast mark in the form of a sighting line 6, the axis of which coincides with the axis of symmetry of the pulsed heat source 2 located on the opposite side of the heat pipe 3. The original, purposeful studies conducted by the authors in field experiments with the visualization of the morphology of the temperature field in the loaded symmetric heat pipes, it was established that in the surface area of the temperature measurement 5 synch occurs onnoe spread in opposite directions from the pulse tube heat source heat flow 2 identical heat fluxes, ensuring the formation of thermal contrasts carrying information about the morphological changes of the temperature field, the technical subject of registration. Formation of one of the well-known methods of the contrast mark 6, due to the operation of the adjustment of the measuring system using the input lens 7 allows to reduce the methodological error of temperature measurements and improve the accuracy of calculation of the asymmetry coefficient (see Bulashev SV Statistics for traders - M .: Sputnik + Company 2003. - 245 p.). Simultaneously with the supply of heat pulse using a thermal imager 8, a communication channel 9 and a personal computer 10, the image of the brightness contrast of the surface 5 of the heat pipe 3 is recorded and stored, for example, “in the freeze mode” or “multiplication”. Using a personal computer 10 and software that implements known digital processing algorithms (see Methods of computer image processing / Edited by VA Soifer. - M .: Fizmatlit, 2001. p. 192-201; p. 251-271 ; S. 601-624.), On the saved images of the brightness contrast of the surface 5 of the heat pipe 3, isolate isothermal lines (isotherms) and calculate the asymmetry coefficient of the isothermal surface relative to the contrast mark 6. For a quality heat pipe, the isotherm will be located symmetrically relative to the con trust mark 6 and the asymmetry coefficient will be zero. On a poor-quality heat pipe, the zone of localization of the defect, which can be, including both the source and drain of thermal energy, is determined visually by the distortions of the isotherm line 11 on the processed images.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет за счет пространственного разделения зоны локального импульсного нагрева тепловой трубы и зоны измерения температуры ее поверхности исключить фоновое излучение и переотражение от поверхности тепловой трубы, что повышает информативность и достоверность контроля качества тепловых труб. Технический результат достигнут.Thus, the invention allows, due to the spatial separation of the zone of local pulse heating of a heat pipe and the zone for measuring the temperature of its surface, to exclude background radiation and re-reflection from the surface of the heat pipe, which increases the information content and reliability of heat pipe quality control. The technical result is achieved.

Claims

A method for controlling the quality of a heat pipe, including contactless optical methods for supplying heat and measuring temperature at infrared wavelengths, forming a contrast mark in the center of a heat pipe, as well as digital methods for processing the recorded brightness contrast of a thermal field, measuring the asymmetry coefficient of an isothermal surface, characterized in heat is applied to one side of the heat pipe, and the formation of a contrast mark and temperature measurement is performed on the side, prot and the opposite side of the heat supply.