SU1073662A1

SU1073662A1 - Material thermal physical property determination method

Info

Publication number: SU1073662A1
Application number: SU823499336A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Коростелев; Виктор Вениаминович Березин; Юрий Анатольевич Попов; Виктор Гаврилович Семенов
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Геологоразведочный Институт Им.С.Орджоникидзе
Priority date: 1982-10-13
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1984-02-15

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФ ЗНЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА,заключа щийс в нагреве полубесконечных в тепловом отношении эталона и иссле дуемых образцов точечным источнико энергии, перемещаегуым вдоль эталон и образцов с посто нной скоростью, и регистрации в процессе -их нагрева пол избыточных предельных температур поверхности образца, о тл и ч а ю щ и и с тем, что, с целью расширени функциональных возмолностей способа за счет совместного определени коэффициентов теплопроводности и температуропроводности , в процессе нагрева двух эталонов и исследуемых образцов регистрируют профиль избыточных предельных температур поверхности обраэцбв по линии, перпендикул рной направлению перемещени источника энергии, и по .пepaтypнoмy профилю определ ют температуру поверхности образца на линии его нагрева источником энергии, по температурному профилю каждого из исследуемых образцов определ ют температуру, соответствующую точке пересечени данного профььт с температурным профилем одного из эталонов, отмечают рассто ние этой точки от линии негрева, по температурног-ii- профилю другого эталона определ ют температуру, соотБетствующую такому же рассто нию от линии нагрева, и по этим температурам определ ют коэффициенты теплопроЕодкости и температуропроводности исследуемых образцов.METHOD FOR DETERMINING THE HEATS OF THE DIFFERENT PROPERTIES OF THE MATERIAL, which consists in heating a semi-infinitely thermally standard and the samples under study by a point source of energy moving along the standard and samples at a constant speed, and registering excessive surface temperature limits of the surface of the specimen and samples at a constant speed, and registering excessive surface temperature at the surface of the specimen and the samples at a constant speed, and registering excess surface temperature limits of the surface of the specimen and the samples at a constant speed, and registering excess surface temperature limits of the surface of the specimen and samples at a constant speed, and registering the excess surface temperature of the sample surface. And so that, in order to expand the functional possibilities of the method by jointly determining the coefficients of thermal conductivity and thermal diffusivity, in the process of heating two fl The profiles of the excess limit temperatures of the surfaces are measured along the lines perpendicular to the direction of movement of the energy source, and the temperature of the sample surface on the heating line is determined by the energy source. The temperature profile of each sample under study determines the temperature corresponding to the point of intersection of this profile with the temperature profile of one of the standards, note the distance of this point from the non-heating line, in temperature-ii - the profile of another standard is determined by the temperature corresponding to the same distance from the heating line, and the thermal conductivity and thermal diffusivity of the test samples are determined from these temperatures.

Description

Изобретение относитс к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств материала.The invention relates to technical physics and can be used in determining the thermophysical properties of a material.

Известен способ определени тепл физических свойств твердых тел, заключающийс в нагреве исследуемого тела подвижным точечным щеточником энергии, который перемещают с посТОЯ1ННОЙ скоростью относительного тела, регистрации температурного пол нагреваемой поверхности тела подвижным датчиком температуры, который перемещают вдоль поверхности тела с одинаковой с источником CKOfiocTbio с отставанием от источник и опредлении по аномали м зарегистрированного распределени темпе-ратур областей твердого тела, отличающихс иэмененныл теплопроводностью и Температуропроводностью Г1There is a method for determining the heat of the physical properties of solids, which consists in heating the investigated body with a moving point energy brush, which is moved with a CONSTANT speed of a relative body; source and determination of anomaly of the registered temperature distribution of solid areas with different thermal conditions and thermal conductivity G1

Недостатком этого способа вл етс , узка область его применени из-за того, что он не позвол ет определ ть численные значени таких теплофйзических характеристик твердых тел, .как коэффициенты теплопроводности и температуропроводности.The disadvantage of this method is that it has a narrow scope because it does not allow to determine the numerical values of such thermal characteristics of solids, such as thermal conductivity and thermal diffusivity.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ определени коэффициента теплопроводности материала, заключающийс в кагреве полубесконечных в тепловом отношении эталона и исследуемых образцов точечнЕлм источником энергии; , перемещаемым вдоль эталона и Образцов с посто нной скоростью, и регистрации в процессе нагрева каждого из рассматриваемых тел пол избыточных предельных температур поверхности тела позади источника на посто нном дл всех тел рассто нии от точки нагрева 2.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method for determining the thermal conductivity coefficient of a material, consisting in a set of semi-infinite thermally relative to the standard and the samples under study as a point source of energy; , moving along the standard and Samples at a constant speed, and registering in the process of heating each of the bodies under consideration the excess limit temperatures of the body surface behind the source at a constant distance for all bodies from the heating point 2.

Недостатком известного способа вл етс ограниченность (узка область его функциональных возможностей;: ) , не позвол юща проводить комплексное определение теплофизических свойств материала. The disadvantage of this method is its limited nature (a narrow area of its functionality;:), which does not allow for a comprehensive determination of the thermophysical properties of the material.

Цель изобретени - расширеьие функциональных.возможностей способа за счет совместного определени коэффициентов теплопроводности и температуропроводности.The purpose of the invention is to expand the functional capabilities of the method by jointly determining the thermal conductivity and thermal diffusivity.

Цель достигаетс тем, что согласно способу определени теплофизических свойств материала, заключ-ающемус в нагреве полубесконечных в тепловом отношении этсшона и исследуемых образцов точечным источником энергии;, перемещаемым вдоль этало,на и образцов с посто нной скоростью , и регистрации в процессе их нагрева пол избыточных предельных темлератур поверхности образца, в процессе нагрева двух эталонов.и исследуемых образцов регистрируютThe goal is achieved by the fact that, according to the method for determining the thermophysical properties of a material, which consists in heating semi-infinite thermally etshon and test samples with a point source of energy, moving along the reference, on and samples at a constant speed, and registering limiting temperature of the sample surface, in the process of heating two standards. And the samples studied

профиль избыточных предельных температур поверхности образцов по линии , перпендикул рной направлению перемещени источника энергии, и по температурному профилю определ ют температуру поверхности образца на линии его нагрева источником энегии , по температурному профилю каждого из исследуемых образцов определ ют температуру, соответствующую точке пересечени данного профил с Тб2мпературным профилем одного из эталонов, отмечают рассто ние этой точки от линии нагрева, по температурному профилю другого эталона опредггл ют температуру, соответствующую такому же рассто нию от линии нагрева, и по этим температурам определ ют коэффициенты теплопроводности и температуропроводности исследуемых образцов.The profile of excess temperature limit of the sample surface along the line, perpendicular to the direction of movement of the energy source, and the temperature profile of the sample surface on the heating line of the energy source determine the temperature; profile of one of the standards, note the distance of this point from the heating line, the temperature profile of the other standard determines the tempo Aturi corresponding to the same distance from the heating line and to these temperatures determined coefficients of thermal conductivity and thermal diffusivity of the samples.

На фиг, 1 приведена схема располжени точечного источника энергии и датчика температуры относительно образцов и эталонов в процессе их нагрева; на фиг. 2 - профили избыточных предельных теглператур двух эталонов и одного из исследуемых образцов,Fig. 1 shows the layout of the point source of energy and the temperature sensor relative to the samples and standards during their heating; in fig. 2 - profiles of the excess limit teg-temperature of two standards and one of the studied samples,

На фиг, 1 показаны два эталона 1 и 2 и исследуемые образцы 3, над которыми расположены точечный источник 4 энергии к датчик 5 температуры . Перемещение; источника 4 энергии и датчика 5 температуры осуществл етс вдоль оси X, сканирование нагреваемых поверхностей при регистрации температурных профилей - вдол оси У.Fig, 1 shows two standards 1 and 2 and the samples 3, above which are located a point source 4 of energy to the temperature sensor 5. Relocation; energy source 4 and temperature sensor 5 is carried out along the X axis, scanning of the heated surfaces during the registration of temperature profiles along the Y axis.

Сущность предложенного способа заключаетс в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Два эталона 1 и 2 с известными теплофизнческими свойствами и исследуем ле образцы 3 нагревают точечным источником 4 энергии, который перемещают с посто нной скоростью относительно рассматриваемых твердых тел. Датчиком 5 температуры, жестко св занным с источником 4 эне гии, осуществл ют сканирование поверхностей эталонов 1, 2 и образцов 3 по линии, перпендикул рной направлению перемещени источника 4 энергии и датчика 5 (фиг. 1). Дл из рассматриваемых тел датчика 5 профиль избыточных предельных температур, соответствующих квазистационарному режиму нагрева, которые имеют вид, показанный на фиг, 2. 1звестно, что при негреве поверхности полубесконечного твердого тела подвижным точечным источником энергии избыточна предельна температура поверхности этого тела, в точке, перемещающейс вслед за источником энергии со скоростью, равной скорости источника, определ етс формулой f vR 1 Г 2o( ТЗГ где Т - избыточна предельна температура нагреваемой поверхности полубесконечного тела в точке, перемещающей с вслед за источником эне гии со скоростью источника q - мощность источника; - коэффициент теплопроводнос ти тела, Д - рассто ние от точки измере ни температуры до точки нагрева поверхности тела точечным источником энергии ; V - скорость перемещени источ ника энергии и точк.и измер ни температуры относитель но тела/ а - коэффициент температуропро водности тела X - координата проекции точки измерени температуры поверхности тела на линию, по которой происходит Тепловое воздействие на тело, относительно точки нагрева поверхности тела источнико ( фиг. 1). Известно также, что избыточна предельна температура повехностй. тела в точке, перемещающейс вслед за источником по линии негрева. определ етс формулой . Г, 27ШхГ- ФОРМУЛЫ (1) и (2) справедливы как дл эталонов с известными коэффициентами теплопроводности и темпе ратуропроводности, так и дл исследуемых образцов. Из формулы (2) следует, что, по скольку величина q/2J /х/ остаетс посто нной в процессе нагрева- и регистрации температурных профилей, имеет место следующа формула, по которой определ ют коэффициент теплопроводности каждого из исследуемы образцов . ЗТ1 ЭГ1 Э-Г2 ЭТ2 - избыточные предел где T irpVi 3T2 ные температуры р зтч- ITwo standards 1 and 2 with known thermal and thermal properties and test samples 3 are heated by a point source 4 of energy, which is moved at a constant speed relative to the solids under consideration. The temperature sensor 5, which is rigidly connected to the source of energy 4, scans the surfaces of the standards 1, 2 and samples 3 along a line perpendicular to the direction of movement of the energy source 4 and the sensor 5 (Fig. 1). For the considered sensor bodies 5, the profile of excess limit temperatures corresponding to the quasi-stationary heating mode, which have the form shown in FIG. 2. 1. It is known that when the surface of a semi-infinite solid is not heated by a moving point source of energy, the limit temperature following the energy source with a speed equal to the source speed, is determined by the formula f vR 1 Г 2 ° (ТЗГ where Т is the excess temperature limit of the heated surface the end body at the point moving with the source of energy following the source of energy with the speed of the source q is the power of the source; the coefficient of heat conduction of the body, D is the distance from the temperature measuring point to the point of heating the body surface with a point source of energy; energy and points. and temperature measured relative to the body / a - body thermal diffusivity X - coordinate of the projection of the measuring point of the surface temperature of the body to the line along which the thermal effect on the body relates But the point of heating the surface of the source body (FIG. one). It is also known that excess temperature limits the surface. body at a point moving after the source along the line of the non-heating. is determined by the formula. Г, 27ШХГ- FORMULAS (1) and (2) are valid both for standards with known coefficients of thermal conductivity and thermal conductivity, and for the samples under study. From formula (2), it follows that, since q / 2J / x / remains constant during the process of heating and recording temperature profiles, the following formula is used, which determines the thermal conductivity coefficient of each of the samples under study. ЗТ1 ЭГ1 Э-Г2 ЭТ2 - redundant limit where T irpVi 3T2 are the temperatures of rsth- I

«п.т;77Г"PT; 77G

этЛт this

en 9Т2en 9T2

Т T

(ь1(l1

. ОбР. Obr

ЗТ2 9Т2 соответственно исследуемого образца 3, эталона 1 и эталона 2 на линии нагрева, определенные по температурным профил м этих тел (фиг. 2) ,, p эг-1 коэффициенты тепло проводности соответственно исследуемого образца 3, эталона 1 и эталона 2 . точки пересечени температурпрофил образца 3 с температуррофилем одного из эталонов, нар эталона 1, согласно выражению справедливо соотношение (фиг. 2) ЛЬ..Р М Г Ь т . R ( ( Я д - избыточна температура, соответствующа точке 1 пересечени температурных профилей образца 3 и эталона 1; а..- коэффициенты температуропроводности соответственно образца 3 и эталона 1. очка 2 на температурном профиле она 2, соответствующей такому ассто нию от линии нагрева . 2), соответствует соотношению ( ) , (5 2Ti L 312 Т2 - избыточна температура, соответствующа точке 2 на температурном профиле эталона 2,. а х- коэффициент температуропро водности эталона 2. з формул (4 ) и (5) следует, что ольку величины q/2JR и v(R-t-x) точек 1 и 2 одинаковы, имеет о формула, по которой дл , каждобразца 3 после определени темтур определ ют его коэффициент ературопрозодностл ZT2 9T2, respectively, of the sample under study 3, reference 1 and reference 2 on the heating line, determined from the temperature profile of these bodies (Fig. 2) ,, p eg-1, thermal conductivity coefficients, respectively, of test sample 3, reference 1 and reference 2. the point of intersection of the temperature profile of sample 3 with the temperature profile of one of the standards, the drug of standard 1, according to the expression, the relation (Fig. 2) L..P M G L t is valid. R ((Rd - excess temperature corresponding to the point 1 of intersection of the temperature profiles of sample 3 and standard 1; and ..- coefficients of thermal diffusivity, respectively, of sample 3 and standard 1. points 2 on the temperature profile it 2, corresponding to such distance from the heating line. 2), corresponds to the relation (), (5 2Ti L 312 T2 - excessive temperature, corresponding to point 2 on the temperature profile of the standard 2, and x is the coefficient of thermal diffusivity of the standard 2. from formulas (4) and (5) it follows that the values of q / 2JR and v (Rtx) of points 1 and 2 are the same; The ratio on which predrazhtsa 3 for after determining temtur determine its coefficient of tropostoprodin

Предлагаемый способ дает возмол ность совместно опреддел ть в широком ди.апаэоке коэффициенты теплопроводности н температуропроводности тел, Применение двойного эталонировани позвол ет значительно уменьшить систематические погрешности при определении теплофизических свойств твердык тел,The proposed method makes it possible to jointly determine the thermal conductivity and thermal diffusivity of bodies in a wide range. The use of double calibration allows to significantly reduce the systematic errors in determining the thermal properties of solid bodies.

SIpeдлaгae дый способ характеризуетс рлалой погрешностью измерений,The SIR method is characterized by a measurement error,

не превышающей 1-2%, и высокой про иэводительностью. Как показали лабораторные испытани , врем , необходимое дл определени коэффициентов теплопроводности и температуропроводностк серии из 10-12 образцов при длине каждого образца 30-100 мм н скорости перемещени источника энергии и датчика температуры 5 10 мм/с, не превышает 12-13 мин,not exceeding 1-2%, and high proizvoditelnost. As shown by laboratory tests, the time required to determine the thermal conductivity and thermal conductivity of a series of 10–12 samples with a length of each sample of 30–100 mm and the speed of movement of the energy source and temperature sensor 5–10 mm / s does not exceed 12–13 min.

Это позвол ет проводить за рабочую смену 360-400 измерений.This allows 360-400 measurements per shift.

Claims

A METHOD FOR DETERMINING THE THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF THE MATERIAL, which consists in heating a thermally semi-infinite standard and the studied samples by a point source of energy, moving along the standard and samples with a constant speed, and registering during the heating of the field the excess temperature limits of the sample surface, and with the fact that, in order to expand the functionality of the method by jointly determining the coefficients of thermal conductivity and thermal diffusivity, in the process of heating two standards of the samples and the studied samples, the profile of excess temperature limits of the surface of the sample is recorded along the line perpendicular to the direction of movement of the energy source, and the temperature profile of the surface of the sample is determined on the line of its heating by the energy source, the temperature corresponding to the intersection of this profile is determined from the temperature profile of each of the studied samples with the temperature profile of one of the standards, note the distance of this point from the non-heating line, according to the temperature profile determine another reference temperature corresponding to the same distance from the heating line and to these temperatures determined coefficients of thermal conductivity and thermal diffusivity of the samples.

Figure 1

SU ,, „1073662>

ί