SU1054753A1

SU1054753A1 - Method of determining thermal diffusivity of material

Info

Publication number: SU1054753A1
Application number: SU823456631A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Коростелев; Юрий Анатольевич Попов; Виктор Гаврилович Семенов; Сергей Михайлович Скорняков; Георгий Александрович Соловьев
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Геологоразведочный Институт Им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1982-07-06
Filing date: 1982-07-06
Publication date: 1983-11-15

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ TEMnEPJSТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включаю- щий нагрев поверхности эталонных и исследуемых образцов подвижным .точечным источником энергии, измерение начальной и предельной температур образцов по линии перемещени источника энергии датчиком температуры, движу цимс с фиксирова1 ным отстсшанием от источника энергии, о т л и Ч а ющ и и с тем, что, с целью расй1ирени функщюнальных возможностей спосойа , синхронизируют включение источника энергии и датчика температуры, измер ют период теплонасБЩени образцов , по гргщуиробочной зависимости. Q температуропроводности от периода 9 теплонасыценв определ ют искомую ве личину. |д ilSi 1 СП СОMETHOD FOR DETERMINING TEMNEPJSTURO CONDUCTIVITY OF MATERIALS, including heating the surface of reference and test samples with a mobile point source of energy, measuring the initial and limit temperatures of the samples along the line of the energy source moving with a temperature sensor, moving with a fixed distance from the energy source, and In order to reconstruct the functional capabilities of the mode, they synchronize the switching on of the energy source and the temperature sensor, measure the period of heat transfer of the samples, schuirobochnoy dependence. Q thermal diffusivity from period 9, heat transfer values determine the desired value. | d ilSi 1 JV CO

Description

Изобретение относитс к техничес кой физике и может быть использован при определении теплофизических свойств твердых тел. Известен способ определени тепл физических свойств твердых тел/ заключающийс в том, что поверхность тела, теплофизические особенности которого предстоит исследовать, наг ревают в течение определ емого инте вала времени равномерно распределен ным источником, а затем после выклю чени источника через некоторое вре м задержки регистрируют температур ное распределение нагретой поверхно ти и по температурным аномали м суд т о наличии областей, отличающихс от соседних областей измененными теплопроводностью и температуропроводностью 1 . Недостатком известного способа вл етс необходимость строгого выдерживани временного интервала наг рева образца и временной защержки между моментом окончани нагрева и моментом регистрации температурного распределени нагретой поверхности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ оп.ределени теплопроводности материалов , включающий нагрев поверхности эталонных и исследуемых образцов подвижным точечным источником энергии , измерение начальной и предельной температур образца по линии перемещени источника энергии датчиком температуры, двигающимс с фиксированным отставанием от источника энергии 2. Основной недостаток известного способа состоит в том, что.отсутствует возможность проводить комплекс ное измерение теплофизических свойс материалов. Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей способа. Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу определени температуропроводности материалов, включающему нагрев поверхности эталонных и исследуемых образцов подвижным точечным источником энергии, измерение начальной и предельной температур образца по линии перемещени источника энергии датчиком тем пературы, движущимс с фиксированным отставанием от источника энергии, синхронизируют включение источника энергии и датчика температуры, измер ют период теплонас1лцени образцов, по градуировочной зависимости температуропроводности от периода теплона сыщени определ ют искомую величину, На чертеже приведена схема расположени источника энергии и датчика температуры относительно образцов (буквой X обозначено направление пе емещени источника энергии и датчика температуры относительно эталонных либо исследуемых образцов). Сущность способазаключаетс в следующем. Точечный источник тепловой энергии посто нной мощности 1 (например, электрическую лампу с зеркальным отражателем и с п тном нагрева, сфокусированным на поверхности нагреваемых образцов) и датчик температуры 2 (например, бесконтактный датчик, регистрирующий температуру нагретой поверхности по электромагнитному из;лучению ), жестко св занный с источником 1 и поэтому имеющий посто нное рассто ние отставани , начинают перемещать с одинаковой и посто нной скоростью вдоль поверхностей эталона 3 с известными коэффициентами температуропроводности в направлении X . Рассто ние отставани датчика температуры 2 от источника 1 устанавливают таким, чтобы выполн лось соотношение где X - рассто ние отставани ;; К - коэффициент сосредоточенности источника, которое позвол ет рассматривать источник как точечный. Источник энергии 1 включают, когда датчик температуры 2 начинает измерение температуры поверхности первого эталона 3 с известным коэффициентом температуропроводности, например , когда поле зрени бесконтактного датчика 2 пересечет первую границу эталона 3 с известным коэффициентом температуропроводности. Датчик температуры 2 зарегистрирует нарастание температуры нагреваемой поверхности первого эталона 3 в течение так называемого периода теплонасыщени до установлени предельной температуры этого эталона 3, соответствующей установлению квазистанционарного режима нагрева. После установлени предельной температуры на первом эталоне 3 сразу или во вс ком случае не позже пересечени области выделени энергии источника 1 со второй границей первого эталона 3 источник 1. выключают, но продолжают перемещать его и датчик температуры 2 в направлении следующего эталона 3 с известным коэффициентом температуропроводности . Дл второго и последующих эталонов 3 с известными коэффициентами температуропроводности повтор ют те же операции, что и дл первого эталона 3.The invention relates to technical physics and can be used in determining the thermophysical properties of solids. The known method for determining the heat physical properties of solids / which consists in that the surface of the body, whose thermophysical features are to be investigated, is heated for a certain time interval by a uniformly distributed source, and then after turning off the source, the temperatures are recorded after some time. The distribution of the heated surface and temperature anomalies determines the presence of regions differing from the neighboring regions by altered thermal conductivity and thermal diffusivity. 1. The disadvantage of the known method is the necessity of strictly maintaining the time interval of heating the sample and the time delay between the end of heating and the time of registration of the temperature distribution of the heated surface. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is the method of determining the thermal conductivity of materials, including heating the surface of the reference and test samples with a moving point source of energy, measuring the initial and maximum temperatures of the sample along the line of the energy source moving with a fixed lag from energy source 2. The main disadvantage of this method is that. there is no possibility to carry out a complex measured thermal properties of materials. The aim of the invention is to expand the functionality of the method. This goal is achieved by the fact that, according to the method for determining the thermal diffusivity of materials, including heating the surface of reference and test samples with a movable point source of energy, measuring the initial and maximum temperatures of the sample along the line of the energy source moving with a temperature sensor moving with a fixed lag from the energy source synchronizes the switching on of the source energy and temperature sensor, measure the period of heat transfer of the samples, according to the calibration dependence of the temperature odnosti Teplon period of saturation determined desired value, the figure shows the arrangement of a power source circuit and the temperature sensor with respect to samples (indicated by the letter X direction ne emescheni power source and temperature sensor relative to the reference or test samples). The essence of the method is as follows. A point source of thermal energy of constant power 1 (for example, an electric lamp with a specular reflector and a heating spot focused on the surface of heated samples) and a temperature sensor 2 (for example, a contactless sensor recording the temperature of the heated surface by electromagnetic radiation; radiation) associated with the source 1 and therefore having a constant lagging distance, begin to move at the same and constant speed along the surfaces of the standard 3 with known temperature coefficients odnosti in the direction X. The lagging distance of the temperature sensor 2 from the source 1 is set such that the ratio where X is the lag distance; K is the factor of concentration of the source, which allows considering the source as a point source. The energy source 1 is turned on when the temperature sensor 2 starts measuring the surface temperature of the first standard 3 with a known thermal diffusivity, for example, when the field of view of the proximity sensor 2 crosses the first boundary of the standard 3 with a known thermal diffusivity. The temperature sensor 2 will register the temperature rise of the heated surface of the first standard 3 during the so-called heat saturation period until the temperature limit of this standard 3 is established, corresponding to the establishment of a quasi-stationary heating mode. After setting the limiting temperature on the first standard 3, immediately or in all cases no later than the intersection of the energy release region of source 1 with the second boundary of the first standard 3, source 1. is turned off, but the temperature sensor 2 continues to move in the direction of the next standard 3 with a known thermal diffusivity . For the second and subsequent standards 3 with known thermal diffusivity, the same operations as for the first standard 3 are repeated.

По результатам измерений датчиком температуры 2 дл каждого из эталонов 3 определ ют период теплонасыцеим после включени источника до установлени предельной температуры и стро т градуировочную зависимость коэффициента температуропроводности от периода теплонасыцени .According to the measurement results of the temperature sensor 2 for each of the standards 3, the period of heat dissipation is determined after the source is turned on before the limiting temperature is established, and a calibration dependence of the thermal diffusivity on the heat-dissipation period is constructed.

Известно, что период теплонасыцени определ етс временем нарастани от О до 1 коэффициента теплонасыщени и при посто нных значени х скорости движени , рассто ни отставани , коэффициента сосредоточенности и мощности источника определ етс только коэффициентом температуропроводности нагреваемого твердого тела.It is known that the heat subsidence period is determined by the rise time from 0 to 1 of the heat saturation coefficient and at constant values of the speed of movement, lagging distance, concentration coefficient and source power is determined only by the thermal diffusivity of the heated solid.

После этого начинают перемещать источник тепловой энергии 1 посто нной мощности и датчик температуры 2 в направлении X вдоль поверхностей исследуемых образцов 3 При этом источник энергии 1 и датчик температуры , жестко св занный с источником : энергии 1 и имеющий такое же рассто ние отставани от источника 1, как и ранее при нагреве и регистрации температуры эталонов с известными коэффициентами температуропроводности , перемещают с одинаковой и посто нной скоростью, такой же, как и при нагреве и регистрации температуры эталонов с известными коэффициентами Thereafter, a source of thermal energy 1 of constant power and a temperature sensor 2 in the X direction along the surfaces of the samples under study 3 are moved. The energy source 1 and the temperature sensor rigidly connected to the source: energy 1 and having the same distance from the source 1 As before, when heating and recording the temperature of standards with known thermal diffusivity, they are moved at the same and constant speed, the same as during heating and recording the temperature of standards with known coefficients

0 температуропроводности.0 thermal diffusivity.

Дл последующих исследуекых образцов 3 повтор ют те же операции, что и дл первого образца.For the subsequent test samples 3, the same operations are repeated as for the first sample.

Затем сопоставл ют измеренный пе5 риод теплонасыцени дл каждого из исследуемых образцов с установленной ранее градуировочной зависимостью между коэффициентом температуропроводности и периодом теплонасыцени и определ ют коэффициент температуро0 проводности дл каждого из исследуемых образцов.Then, the measured heat transfer period for each of the test samples is compared with the previously established calibration relationship between the thermal diffusivity and the heat saturated period, and the coefficient of thermal conductivity for each of the test samples is determined.

Claims

METHOD FOR DETERMINING MATERIAL TEMPERA- ¹ TEMPERATURE CONDUCTIVITY, including heating the surface of the reference and studied samples by a moving point energy source, measuring the initial and limiting temperatures of the samples along the line of movement of the energy source by a temperature sensor moving with a fixed lag from the energy source, excluding The reason is that, in order to expand the functionality of the methods, they synchronize the switching on of the energy source and the temperature sensor, measure the heat-absorption period of the samples, by degrees depending purely illustrative, g diffusivity ® from those periods of mp Nasad Nia determined desired ve-L · mask. K x

J