SU1201742A1 - Способ неразрушающего контрол теплофизических характеристик материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ неразрушающего контрол  теплофизических характеристик материалов, заключающийс  в импульсном тепловом воздействии по пр мой линии на поверхности исследуемого тела, измерении момента времени , когда интегральное во времени значение температуры с момента подачи теплового импульса до момента наступлени  максимума температуры в контролируемой точке поверхности станет равным значению интегральной во времени температуре той же точки после наступлени  максимума температуры, и измерении энергии теплового воздействи , отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  точности определени  теплофизических характеристик материалов , в момент наступлени  равенства интегральных значений температур осуществл ют тепловое воздействие на исследуемое тело от источника тепла вторым импульсом, равным по мощности первому, затем в момент времени, когда интегральное во времени значение температуры в контролируемой точке поверхности с момента подачи второго теплового импульса до момента наступлени  максимума станет равным интегральному г значению температуры той же точки (О после наступлени  максимума, воздействуют на тело третьим тепловым импульсом, равным по мощности перво му, и т.д., измер ют частоту следовани  тепловых импульсов, а искомые теплофизические характеристики рассчитьшают по формулам Ю 4;: N9 U, где Xi - координата точки, расположенной на заданном рассто нии от линии действи  источника тепла; t - заданный момент времени; 1„.- момент наступлени  максимума температуры; Г.х - частота следовани  импульсов теплового воздействи ; S, (х ,t ) интегральное во времени значение температуры на интервале времени от и

Description

о. - количество тепла,выдел емое единым импульсом на единицу длины; Л,а - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности .

2. Устройство дл  неразруша:ющего контрол  теплофизических характеристик материалов содержащее нагреватель с блоком питани , термопрёобразователь , подключенный к усилителю, выход которого соединен с компаратором и электронным клйчом, триггер и запоминающей кон- енсатор, включенный между электронным ключом и одним из входов компаратора , выход которого соединен с входом триггера, преобразователь напр жени  в частоту, вход которого соединен с усилителем, первый выход - с первым входом управлени  реверсивным счетчиком, а второй - с цепью управлени  электронным ключом , причем второй управл ющий

742

1

вход реверсивного счетчика подключен к выходу триггера, а информационный выход реверсивного счетчика соединен с микропроцессором, к которому подключены блок посто нных коэффициентов и блок управлени , три других выхода которого подключены соответственно к блоку питани  нагревател , к преобразователю напр жени  в частоту, к триггеру и блоку посто нных коэффициентов, о тличающеес  тем, что, с целью повышени  точности определени  теплофизических характеристик материалов , в него дополнительно введен частотомер-хронометр, один вход которого подключен к счетному выходу реверсивного счетчика, другой - к блоку управлени , а выход частотомера-хронометра соединен с входом микропроцессора , кроме того, счетный выход реверсивного счетчика подключен к блоку питани  и входу триггера.

Изобретение относитс  к теплофизическим измерени м.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  теплофизических характеристик исследуемых материалов .

Сущность способа заключаетс  в следующем..

На теплоизолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный импульсный источник тепла посто нной мощности. После подачи теплового импульса фиксируют интегральное во времени значение температуры в точке поверхности исследуемого тела, расположенной на заданном рассто нии от линии действи  источника тепла. При наступлении равенства интегральных значений температуры до и после максимума термограммы нагрева, который определ етс  дифференцированием температурной кривой, осуществл етс  тепловое воздействие исследуемого тела от того же источника вторым тепловым импульсом, равным по мощности первому импульсу. Затем в момент времени, когда интегральное во времени значение температуры в контролируемой точке с момента подачи второго теплового импульса до момента наступлени  максимума термограммы станет равным максимальному значению после максимума, воздействуют на исследуемое тело третьим тепловым импульсом той же мощности и т..д. При этом измер ют частоту следовани  тепловых импульсов от источника на исследуемое тело, а искомые теплофизические характеристики определ ют по формулам , полученным на основании следующих исчислений.

Тепловой процесс при действии линейного импульсного источника тепла на поверхность полуограниченного в тепловом отношении тела описываетс  следующей кривой задачей теплопроводности

Эт(х,г,г) ./dt(x,z,t) (х) , dt -

X,I,t

0 T(,0) 0; Т(х,гД) -0,np«X,Z- Зт(х,гД) .ra.S(t), при lo , ПРИ iliW) о j-- ПРИ где Т - температура; - текущие координаты; Л. а - коэффициенты тепло- и температуропроводности; Q - количество тепла, выдел емое с единицы длины линейного источника; ё(Т) - дельта-функци  (функци  Ди рака); t - врем . Примен   к (l) -(4) преобразование Лапласа и косинус-преобразование Фурье, а затем производ  обратные преобразовани , получим реш ние данной краевой задачи дп  поверхности исследуемого тела () в следующем виде TCX,t)Использу  выражение (5) температурного пол  дл  поверхности исследуемого тела и услови  осуществлени  предлагаемого способа, после не сложных математических преобразований получим формулы дл  расчета ко эффициента тепло- и температуропро водности в следующем виде Х.) Г, г„(ЦРл} аТ / х ЬУ ш7ГхТ;г г г Г 1 где х - координата точки, расположенной на заданном рассто нии отли нии действи  импульсного источника тепла; ti - заранее заданный момент времени; t,, - момент наступлени  максимальной температуры в контроль ной точке; Рц - частота следовани  импульсов теплового воздействи ; S(X, ) - интегральное значение температуры i на интервале времени MftKc Q количество тепла, вы дел емое одним импульсом на единицу длины источника. Таким образом, измерив частоту следовани  тепловых импульсов от ис точника тепла к исследуемому телу.

Ч.) 2 интегральное во времени значение температуры S, (x,t), и зна  мощность теплового воздействи , врем  наступлени  максимума термограмм нагрева, по формулам (6) и (7) можно рассчитать значени  коэффициентов тепло- и температуропроводности исследуемых тел. На чертеже представлена схема устройства, реализующёг6 способ. неразрушающего контрол  теплофизических характеристик материала. Устройство включает в себ  линейный импульсный нагреватель 1, расположенный на поверхности исследуемого полуограниченного тела 2, . термопару 3, подключенную к усилителю 4, электронный ключ 5, вход которого подключен к выходу уснлител , компаратор 6, один из входов, которого подключен к усилителю 4, а . второй - к электронному ключу 5 и . запоминающему конденсатору 7, выход компаратора соединен с одним из входов триггера 8, преобразователь 9 напр жени  в частоту, вход которого соединен с усилителем 4, а один выход - с первым входом управлени  реверсивным счетчиком 10, а второй - с цепью управлени  электронным ключом,5, причем второй управл ющий вход реверсивного счетчика подключен к выходу триггера 8. Информационный выход реверсивного счетчика 10 подключен к микропроцессору II, а выходна  цепь управлени  - к частотомеру-хронометру 12, блоку 13 питани  нагревател  и ус- тановочному входу триггера 8. Информационный выход частотомера-хронометра 12 соединен с микропроцессором 11, на вход которого поступает также информаци  с блока 14 посто нньгх коэффициентов. Блок 15 управлени  -подключен соответственно к преобразователю 9 напр жени  в частоту, частотомеру-хронометру 12, триггеру 8, блоку 14 введени  посто нных коэффициентов, блоку 13 нагревател  1 и микропроцессору 11 Устройство дл  осуществлени  способа работает следующим образом. Линейный импульсный нагреватель 1 помещают на теплоизолиронанную поверхность исследуемого Тепа 2 и на заданном рассто нии х, от линии действи  источника тепла располагаетс  термопара 3. По сигналу с блока 15 управлени  включаетс  блок 13 питани , при этом на поверхности исследуемого тела наноситс  тепловой импульс, осуществл етс  ввод посто нных коэффициентов микропроцессор 11 из блока Ъосто нных коэффициентов 14, включаетс  ча тотомер-хронометр 12 и приводитс  триггер 8 в исходное состо ние. Сигнал с термопары 3 через усилитель- 4 поступает на один из входов компаратора 6 и через электронный ключ 5 - на запоминешщую емкость 7. Потенциал на емкости 7 дискретно из мен етс  во времени с частотой, определ емой преобразователем 9 напр жени  в частоту. На входы компаратора 6 поступает разность потенциалов между посто нно растущим напр жением, снимаемым с термопары, и напр жением на запоминающем конденсаторе 7. При достижении момента времени, когда эти напр жени  станут равньми между собой, что со ответствует максимуму температурной кривой, компаратор 6 переключает триггер 8. В заданный момент времени 1 блок 15 управлени  включает преобра зова:тель 9 напр жени  в частоту, пр этомс на вход реверсивного счетчика 10, р ботаницего в режиме суммировани , поступают импульсы, число кото рых пропорционально интегральному в времени значению температуры. При достижении температурного максимума термограммы нагрева по сигналу с триггера 8 осуществл етс  считывание измерительной информации о значении интегральной температуры S, (x,t ) на интервале времени t - tf,j, со счетчика в микропроцес сор и переключение счетчика на режи вычитани . В момент равенства интег рального значени  температуры на первом интервале 1 - {щм значе нию интегральной температуры на втором интервале происходит обнуление реверсивного счетчика 10, с него подаетс  сигнал на частотомер-хронометр 12, блок питаНИН нагревател  13 и установочный вход триггера 8, При этом на поверх ность исследуемого тела наноситс  второй тепловой 1дапульс, мощность которого равна первому, а триггер 8 занимает исходное положение. При достижении момента равенства интегральных значений температуры до и после максимума термограммы нагрева от действи  второго теплового импульса происходит снова обнуление реверсивного счетчика 10 и с него поступает сигнал на частотомер-хронометр , блок питани  и триггер . На поверхность исследуемого тела наноситс  следующий тепловой импульс и цикл повтор етс . При этом частотомер-хронометр фиксирует частоту следовани  тепловых импульсов и данна  информаци  по команде с блока 1 5 управлени  из частотомера-хронометра .12 заводитс  в микропроцессор 11. Затем с блока управлени  подаетс  команда в микропроцессор на обсчет полученной измерительной информации по заданному алгоритму, построенному в соответствии с расчетными формулами (6) и (7). Значени  полученных результатов хран тс  в оперативной пам ти микропроцессора и могут быть вызваны оператором на индикаторное устройство микропроцессора в любое врем  после окончани  эксперимента. Погрешность определени  теплофизических характеристик согласно предлагаемому способу значительно меньше, чем по способу-прототипу. Измерительна  информаци  о темпер ату рно- в ременных изменени х на поверхности исследуемого тела согласно способу-прототипу определ етс  при однократном тепловом воздействии , т.е. получение измерительной информации ограничиваетс  однократным измерением. Предлагаемый способ позвол ет получить измерительную информацию при многократных измерени х, так как осуществл етс  многократное тепловое воздействие на исследуемый образец. Оценим аналитически погрешность определени  искомых теплофизических .параметров в обоих Случа х. Так, например, погрешность определени  коэффициента температуропроводности согласно способу-прототипу определ етс  как гх, L,x,t,-x,4, ; Г,,/Гл Согласно предлагаемому способу погрешность определени  коэффициента температуропроводности определ етс  соответственно

Claims (2)

1. Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, заключающийся в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на поверхности исследуемого тела, измерении момента времени, когда интегральное во времени значение температуры с момента подачи теплового импульса до момента наступления максимума температуры в контролируемой точке поверхности станет равным значению интегральной во времени температуре той же точки после наступления максимума температуры, и измерении энергии теплового воздействия, отлича ющийся тем, что, с целью повышения точности определения теплофизических характеристик материалов, в момент наступления равенства интегральных значений температур осуществляют тепловое воздействие на исследуемое тело от источника тепла вторым импульсом, равным по мощности первому, затем в момент времени, когда интегральное во времени значение температуры в контролируемой точке поверхности с момента подачи второго теплового импульса до момента наступления максимума станет равным интегральному значению температуры той же точки после наступления максимума, воздействуют на тело третьим тепловым импульсом, равным по мощности первому, и т.д., измеряют частоту следо- ’ вания тепловых импульсов, а искомые теплофизические характеристики рассчитывают по формулам ⁶¹ ' 4 2, S (Ц Р_х)

Λ /It

Ч где X, - координата точки, расположенной на заданном расстоянии от линии действия источника тепла; ц - заданный момент времени; момент наступления максимума температуры;

Е._х - частота следования импульсов теплового воздействия; S, (х₄ ,2 ) интегральное во времени значение температуры на интервале времени от и

SU „ 1201742

Д^О1н_4г^> 3- ~ количество тепла,выделяемое единым импульсом на единицу длины; Л,а - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности.

2. Устройство для неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов , содержащее нагреватель с блоком питания, термопрёобразователь, подключенный к усилителю, выход которого соединен с компаратором й электронным ключом, триггер и запоминающей конденсатор, включенный между электронным ключом и одним из входов компаратора, выход которого соединен с входом триггера, преобразователь напряжения в частоту, вход которого соединен с усилителем, первый выход - с первым входом управления реверсивным счетчиком, а второй - с цепью управления электронным ключом, причем второй управляющий вход реверсивного счетчика подключен к выходу триггера, а информационный выход реверсивного счетчика соединен с микропроцессором, к которому подключены блок постоянных коэффициентов и блок управления, три других выхода которого подключены соответственно к блоку питания нагревателя, к преобразователю напряжения в частоту, к триггеру и блоку постоянных коэффициентов, о т— личающееся тем, что, с целью повышения' точности определения теплофизических характеристик материалов, в него дополнительно введен частотомер-хронометр, один вход которого подключен к счетному выходу реверсивного счетчика, другой - к блоку управления, а выход частотомера-хронометра соединен с входом микропроцессора, кроме того, счетный выход реверсивного счетчика подключен к блоку питания и входу триггера.