SU1661635A1 - Device for measuring thermal diffusivity - Google Patents

Device for measuring thermal diffusivity Download PDF

Info

Publication number
SU1661635A1
SU1661635A1 SU884609862A SU4609862A SU1661635A1 SU 1661635 A1 SU1661635 A1 SU 1661635A1 SU 884609862 A SU884609862 A SU 884609862A SU 4609862 A SU4609862 A SU 4609862A SU 1661635 A1 SU1661635 A1 SU 1661635A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
pulse
input
output
heating
counter
Prior art date
Application number
SU884609862A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Ширяев
Александр Иванович Иванов
Владимир Платонович Вавилов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института filed Critical Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института
Priority to SU884609862A priority Critical patent/SU1661635A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1661635A1 publication Critical patent/SU1661635A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к теплофизическим измерени м и может быть использовано при исследовании и получении новых материалов, а также при тепловом неразрушающем контроле. Цель изобретени  - повышение точности определени  коэффициента температуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышение производительности измерений. Устройство содержит импульсный источник нагрева, датчик температуры, четыре дифференциатора, два нуль-органа, RS-триггер, генератор импульсов, схему совпадений, счетчик импульсов, цифровой индикатор, регистратор импульса нагрева, два счетчика-делител  частоты, регистр, цифровой компаратор. Устройство позвол ет произвести измерение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в соответствии с выражением A = 0,09 L2/(TМП - MΤP), где L - толщина плоского исследуемого образцаThe invention relates to thermophysical measurements and can be used in the study and production of new materials, as well as in thermal non-destructive testing. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the thermal diffusivity by taking into account the finite duration of the heating pulse and improving the measurement performance. The device contains a pulse heating source, a temperature sensor, four differentiators, two zero-organs, an RS flip-flop, a pulse generator, a coincidence circuit, a pulse counter, a digital indicator, a heating pulse recorder, two frequency divider counters, a register, a digital comparator. The device makes it possible to measure the thermal diffusivity of the sample under investigation in accordance with the expression A = 0.09 L 2 / (T MP - MΤ P ), where L is the thickness of the flat test sample

TМП - врем  достижени  первой производной хронологической термограммы максимального значени T MP is the time to reach the first derivative of the chronological thermogram of the maximum value.

ΤP - врем  максимума плотности потока энергии импульса нагреваΤ P is the time of maximum density of the flow of energy of the heating pulse

M - коэффициент, учитывающий конечную длительность импульса нагрева. 2 ил.M - coefficient taking into account the final duration of the heating pulse. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к теплофизиче- ским измерени м и может быть использова- но при исследовании и получении новых материалов, а также при тепловом неразрушающем контроле.The invention relates to thermophysical measurements and can be used in the research and production of new materials, as well as in thermal non-destructive testing.

Цель изобретени  - повышение точности определени  коэффициента темпе- ратуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышение производительности измерений .The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the coefficient of thermal diffusivity by taking into account the finite duration of the heating pulse and improving the measurement performance.

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы измерени  температуры и плотности потока энергии импульса нагрева.Figure 1 shows the functional diagram of the device; 2 shows time diagrams for measuring the temperature and density of the energy flow of a heating pulse.

Устройство содержит импульсный источник 1 нагрева, исследуемый образец 2, датчик 3 температуры, первый 4 и второй 5 дифференциаторы 5, первый нуль-орган 6, триггер 7, генератор 8 импульсов, схему 9 совпадений, счетчик 10 импульсов, цифровой индикатор 11. регистратор 12 импульсов нагрева, третий дифференциатор 13, четвертый дифференциатор 14, второй нуль-орган 15, первый 16 и второй 17 Счетчики-делители частоты, регистр 18, цифONThe device contains a pulsed heating source 1, sample 2, temperature sensor 3, first 4 and second 5 differentiators 5, first zero-body 6, trigger 7, pulse generator 8, coincidence circuit 9, pulse counter 10, digital indicator 11. recorder 12 heating pulses, the third differentiator 13, the fourth differentiator 14, the second zero-body 15, the first 16 and the second 17 Counters frequency dividers, register 18, digitON

ЈJ

CSCS

ОABOUT

СПSP

ровой компаратор 19 и входную пусковую клемму 20,a level comparator 19 and an input trigger terminal 20,

Импульсный метод определени  коэффициента температуропроводности заключаетс  в импульсном нагреве лицевой поверхности плоского исследуемого образца . При этом регистрируетс  крива  нарастани  температуры Т (т)(Т - температура, г- врем ) тыльной поверхности исследуемого образца (фиг.2). Если импульс нагрева мгновенный (теоретический д -импульс), то, измер   врем  достижени  хронологической термограммой Т (т) какого-либо уровн , например уровн  0,5 Тмакс, определ ют коэффициент температуропроводности а образца по формулеThe pulsed method for determining the thermal diffusivity is a pulsed heating of the front surface of a flat test specimen. In this case, the curve of the increase in temperature T (t) (T is the temperature, r is the time) of the back surface of the test sample is recorded (Fig. 2). If the heating pulse is instantaneous (theoretical pulse), then measure the time to reach a level with a chronological thermogram T (t), for example, 0.5 Tmax, determine the thermal diffusivity of the sample using the formula

,139, 139

Т 1/2T 1/2

где L - толщина плоского исследуемого образца;where L is the thickness of the flat sample under study;

П/2 - врем  достижени  кривой Т (т)P / 2 - time to reach the curve T (t)

УРОВНЯ 0,5 Тмакс.vLEVEL 0.5 Tmax.v

В реальных услови х импульсы нагрева имеют конечную длительность и неучет этого факта ведет к по влению методических ошибок, особенно больших дл  тонких образцов высокотемпературопроводных материалов . Например, дл  импульсов нагрева ксеноновой лампы-вспышки получена расчетна  формула, учитывающа  конечную длительность и форму импульса нагрева:Under actual conditions, heating pulses have a finite duration and the neglect of this fact leads to the appearance of methodological errors, especially large for thin samples of high-temperature materials. For example, for heating pulses of a xenon flash lamp, a calculation formula was obtained that takes into account the final duration and shape of the heating pulse:

а 0,139a 0.139

(г 1/2 -1,28тр)(g 1/2 -1,28tr)

где Тр - врем  максимума плотности потока энергии импульса нагрева Ф (г ) (фиг.2).where Tr is the time of the maximum energy flux density of the heating pulse F (g) (figure 2).

Форма импульса нагрева вли ет на вид вводимой поправки. Вместо характеристического времени п/2 может быть использова- но врем  Гмп достижени  первой производной хронологической термограммы Т (т} максимального значени .The shape of the heating pulse affects the type of correction introduced. Instead of the characteristic time p / 2, the time Hmp can be used to reach the first derivative of the chronological thermogram T (t} maximum value.

Дл  мгновенного импульса нагрева выражение дл  коэффициента температуропроводности в,этом случае имеет видFor an instantaneous heating pulse, the expression for the thermal diffusivity in this case is

а 0,09 12/тмп . and 0.09 12 / tmp.

Получено расчетное выражение дл  температуропроводности, учитывающее конечную длительность импульса нагрева ксеноновой лампы-вспышки:The calculated expression for thermal diffusivity is obtained, taking into account the final duration of the heating pulse of a xenon flash lamp:

10ten

|5| 5

2020

2525

Именно с помощью этого математического выражени  производитс  определение коэффициента температуропроводности исследуемого образца в устрой- стве, которое измер ет врем It is with the help of this mathematical expression that the coefficient of thermal diffusivity is determined for the sample under study in a device that measures time.

(гмп - 1,7гр). Учет конечной длительности импульса нагрева позвол ет избавитьс  от методической погрешности и тем самым повысить точность измерений. Определение за одно измерение комплекса(gmp - 1.7 g). Accounting for the finite duration of the heating pulse allows one to eliminate the methodological error and thereby increase the measurement accuracy. Definition for one measurement of the complex

(Тмп - 1,7гр ) позвол ет повысить производительность испытаний.(Tmp - 1.7 g) allows for improved test performance.

Устройство работает следующим образом (фиг.1).The device works as follows (figure 1).

После нажати  кнопки Пуск световой поток импульсного источника 1 нагрева производит нагрев плоского исследуемого образца 2. Часть светового потока освещает регистратор 12 импульсов нагрева, запускаетс  генератор 8 импульсов с частотоой f. Импульсы с выхода генератора 8 импульсов одновременно поступают на входы первого и второго счетчиков-делителей, коэффициенты делени  частоты которых М и N соответственно наход тс  в соотношени хAfter pressing the Start button, the luminous flux of the pulsed heating source 1 produces heating of the flat test sample 2. A portion of the luminous flux illuminates the recorder 12 of heating pulses, and a generator of 8 pulses is started with a frequency f. The pulses from the generator output 8 pulses simultaneously arrive at the inputs of the first and second counter-dividers, the frequency division factors of which are M and N, respectively, are in ratios

, ,

30thirty

где m - коэффициент при гр(выражени  2мЗ.where m is the coefficient at gr (expressions 2m3.

В момент Тр максимальной плотности потока энергии , котора  попадает на регистратор 12 импульса нагрева, на выходе 35 второго нуль-органа 15 по вл етс  импульс, который поступает на вход записи регистра 18, на вход данных которого поступает цифровой код с выхода первого счетчика-делител  16 частоты, равный значению Tf/(M/f), и запоминаетс  в регистре 18. Так как коэф- фицент , то счетчики второго счетчика- делител  17 частоты продолжают счет импульсов до момента тср равенства цифровых кодов обоих счетчиков-делителей частоты , и так как цифровой код второго счетчика-делител  частоты, в этот момент определ етс  выражениемAt the time Tp of the maximum energy flux density, which reaches the heating pulse recorder 12, the output 35 of the second zero-body 15 appears a pulse that arrives at the input of the register record 18, the digital input code of the output of the first divider 16 frequencies equal to the value of Tf / (M / f), and stored in register 18. Since the coefficient, the counters of the second counter-frequency divider 17 continue counting pulses until the moment of tcr equality of the digital codes of both counters-frequency dividers, and so like digital code tue one of the counter-frequency divider, at this moment is determined by the expression

4040

4545

50tcp/( N/f ) , то50tcp / (N / f), then

(4)(four)

в момент тср на выходе компаратора 19 вырабатываетс  сигнал начала счета импульсов , который поступает на S-вход RS-триггера 7. Таким образом, начина  с момента времениat the moment tcr, the output of the pulse counting output is generated at the output of the comparator 19, which is fed to the S input of the RS flip-flop 7. Thus, starting from the moment of time

а 0,09a 0.09

( Тмп - 1J Тр)(Tmp - 1J Tr)

(3)(3)

N тср - -jyj- Тр - m Гр N tsr - -jyj- Tp - m Gy

(5)(five)

начинаетс  прохождение импульсов счета с генератора 8 импульсов через схему 9 совпадений на вход счетчика 10 импульсов .the counting pulses begin to flow from the pulse generator 8 through the coincidence circuit 9 to the input of the pulse counter 10.

Тепловой поток от тыльной поверхности плоского исследуемого образца 2 поступает на датчик 3 температуры, выходкой сигнал которого, пропорциональный температуре тыльной поверхности плоского исследуемого образца 2, поступает через первый 4 и второй 5 дифференциаторы и нуль-орган 6 на R-вход RS-триггера 7 и устанавливает его в момент ъ-.п в состо ние запрета счета импульсов счетчиком 10 импульсов . В этот момент времени на цифоо- БОМ индикаторе 11 высвечиваетс  значение временного промежутка ( «л.,п - m rp } . Выходной потенциал триггера 7 разрешает или запрещает прохождение импульсов счета с выхода генератора 8 импульсов через схему 9 совпадений на вход счетчика 10. Состо-  ние счетчика 10 в момент времени ( Гмп - ттр ) фиксируетс  и отображаетс  цифровым индикатором 11.The heat flux from the rear surface of the flat test sample 2 is supplied to the temperature sensor 3, the output of which is proportional to the temperature of the rear surface of the flat test sample 2 through the first 4 and second 5 differentiators and the null organ 6 to the R input of the RS flip-flop 7 and sets it at the moment bp to the state of prohibiting the counting of pulses by the counter of 10 pulses. At this point in time, the digital display shows the value of the time interval ("l., N - m rp}. The output potential of the trigger 7 allows or prohibits the passage of counting pulses from the generator output 8 pulses through the coincidence circuit 9 to the counter 10 input. - The counting of the counter 10 at the time (Hmp - tpr) is recorded and displayed by the digital indicator 11.

Таким образом, устройство позвол ет определить скорректированное врем  процесса теплопередачи ( Гмп - m гр), величина которого необходима дл  определени  более точного значени  коэффициента тем- пературопроводности. Коэффициент m определ ет значение коэффициентов делени  М и N счетчиков-делителей частоты. Устройство реализовано в виде комплекса аппара- туры, включающего в качестве источника импульсного нагрева лампу-вспышку, инфракрасный пирометр - датчик температуры и импульсный цифровой макетный блрк.Thus, the device makes it possible to determine the corrected heat transfer process time (Hmp - m g), the value of which is necessary to determine a more accurate value of the coefficient of thermal diffusivity. The coefficient m determines the value of the division factors M and N of the frequency divider counters. The device is implemented in the form of a set of equipment, including a flash lamp as a source of pulse heating, an infrared pyrometer — a temperature sensor and a pulse digital dummy block.

Коэффициент ,7 согласно выражению (3). При этом коэффициенты делени  счетчиков-делителей частоты при частоте генераторов 8 МГц равны соответственно 1000 и 1700.Coefficient, 7 according to the expression (3). In this case, the division factors of the frequency divider counters at a frequency of 8 MHz generators are equal to 1000 and 1700, respectively.

00

5five

00

0 0

5five

5five

00

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  определени  коэффициента температуропроводности, содержащее импульсный источник нагрева, оптически св занный с регистратором импульсов нагрева и через исследуемый образец с датчиком температуры, который подключен через последовательно соединенные первый и второй дифференциаторы и первый нуль-орган к R-входу RS-триггера, выход которого соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов, выход схемы совпадени  соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с цифровым индикатором, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности определени  коэффициента температуропроводности за счет учета конечной длительности импульса нагрева и повышени  производительности измерений, в устройство дополнительно введены третий и четвертый дифференциаторы, второй нуль- орган, регистр, первый и второй счетчики- дилители частоты, цифровой компаратор, причем выход регистратора импульсов нагрева подключен через последовательно соединенные третий и четвертый дифференциаторы и второй нуль-орган к входу записи регистра, вход данных регистра подключен к выходу первого счетчика-делител  частоты , а выход данных регистра соединен с первым входом цифрового компаратора, к второму входу которого подключен выход второго счетчика-делител  частоты, а выход цифрового компаратора соединен с S-вхо- дом RS-триггера, выход генератора импульсов соединен с входами первого и второго счетчиков-дилителей частоты, вход генератора импульсов соединен с входом импульсного источника нагрева и входной пусковой клеммой.A device for determining the thermal diffusivity, containing a pulsed heating source optically coupled to a heating pulse recorder and through a test sample with a temperature sensor, which is connected via serially connected first and second differentiators and the first null organ to the R input of the RS flip-flop, the output of which connected to the first input of the coincidence circuit, the second input of which is connected to the output of the pulse generator; the output of the coincidence circuit is connected to the input of the pulse counter, the output of which is Dinene with a digital indicator, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining the thermal diffusivity by taking into account the finite duration of the heating pulse and increasing the measurement performance, the device additionally introduced the third and fourth differentiators, the second zero-organ, the register, the first and second counters frequency dividers, a digital comparator, the output of the recorder of heating pulses is connected through the third and fourth differentiators connected in series and the second zero-organ to during the register recording, the register data input is connected to the output of the first counter-frequency divider, and the register data output is connected to the first digital comparator input, to the second input of which the second counter-frequency divider counter is connected, and the digital comparator output is connected to the S-input RS-trigger, the output of the pulse generator is connected to the inputs of the first and second counters-frequency dividers, the input of the pulse generator is connected to the input of a pulse heating source and the input start terminal. Г/w fyG / w fy фиг. 2FIG. 2
SU884609862A 1988-11-28 1988-11-28 Device for measuring thermal diffusivity SU1661635A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884609862A SU1661635A1 (en) 1988-11-28 1988-11-28 Device for measuring thermal diffusivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884609862A SU1661635A1 (en) 1988-11-28 1988-11-28 Device for measuring thermal diffusivity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1661635A1 true SU1661635A1 (en) 1991-07-07

Family

ID=21411334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884609862A SU1661635A1 (en) 1988-11-28 1988-11-28 Device for measuring thermal diffusivity

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1661635A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589760C1 (en) * 2015-05-26 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of determining thermal diffusivity of thin layers of materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 913196. кл. G 01 N 25/18. 1982. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589760C1 (en) * 2015-05-26 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of determining thermal diffusivity of thin layers of materials
RU2589760C9 (en) * 2015-05-26 2016-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of determining thermal diffusivity of thin layers of materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4162443A (en) Speed measuring systems
SU1661635A1 (en) Device for measuring thermal diffusivity
SU849478A1 (en) Pulse discriminator
RU2090872C1 (en) Device determining coefficient of thermal diffusivity
SU1516926A1 (en) Method of measuring heat capacity
CN111521264B (en) Rapid calculation method and device for pulse energy measurement
SU901851A1 (en) Method of determination of thermal converter thermal lag index
SU789814A1 (en) A.c. voltage amplitude digital meter
SU828121A1 (en) Device for measuring capacitor capacitance
SU1711052A1 (en) Method of testing heat-insulating material thermophysical characteristics
SU873106A1 (en) Ultrasonic meter of solution relative density
SU945820A1 (en) Device for measuring number of periods
SU800957A1 (en) Method and device for determining time position of signals
SU454506A1 (en) Digital ohmmeter
SU590636A1 (en) Device for determining fuel injection pressure in internal combustion engine
SU1155871A1 (en) Method of determining non-stationary temperature
JPH0650993A (en) Method and apparatus for calibration of horizontal axis electronic graduation of oscilloscope
JPS5847425Y2 (en) AC electrical equipment characteristics testing equipment
SU572260A1 (en) Device for measuring cutaneous analyzer characteristis
SU1057876A1 (en) Phase meter
SU732737A2 (en) Device for measuring speed of ultrasonic waves
SU1422026A1 (en) Device for measuring characteristic time of heat transfer process
SU411387A1 (en)
SU789950A1 (en) Method of graduating stroboscopic apparatus for measuring magnetic flux increment
SU767694A1 (en) Device for measuring time intervals between arbitrary length pulses