SU1755149A1

SU1755149A1 - Способ определени температуропроводности материалов

Info

Publication number: SU1755149A1
Application number: SU894762698A
Authority: SU
Inventors: Сергей Григорьевич Горинский
Original assignee: Свердловский инженерно-педагогический институт
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1992-08-15

Abstract

Изобретение относитс к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических характеристик твердых тел, а также дли йеразрушэющего активного теплового контрол материалов и изделий. Цель изобретени -упрощение определени температуропроводности, дл этого при периодическом сканировании теплового излучени от образцов одновременно с амплитудным значением измер ют среднее значение сигнала датчика и по этим значени м определ ют температуропроводность образцов. 3 ил.

Description

Ј

Изобретение относитс к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических характеристик твердых тел, а также дл неразрушающего активного теплового контрол материалов и изделий.

Наиболее близким по технической сущности решением, вз тым за прототип, вл етс способопределени температуропроводности материалов, включающий нагрев образцов точечным источником энергии, измерение теплового излучени от поверхности образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по пр мой линии образцов и датчика, жестко св занного с источником энергии, периодическое сканирование теплового излучени от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку нагрева , и с максимумом температуры, наход щимс в точке пересечени с линией

нагрева, измерение амплитудного значени импульсного сигнала датчика, определение скорости перемещений источника энергии относительно образцов и зависимости координат точки визировани Датчика от времени . В этом способе сканирование производ т по пр мой линии, пересекающей линию нагрева под пр мым углом, Температуропроводность определ ют по длительности импульсного сигнала датчика температуры на уровне, составл ющем фиксированную часть от его амплитудного значени .

Недостатком способа вл етс сложность определени температуропроводности.

Цель изобретени - упрощение определени температуропроводности

Поставленна цель достигаетс тем, что в способе определени температуропроводности материалов, включающем нагрев образцов точечным источником энергии, изХ|

сл ел

-N ч

мерение теплового излучени от поверхностей образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по пр мой линии образцов и датчика, жестко св занного с источником энергии, периодическое сканирование теплового излучени от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку нагрева, и с максимумом температуры, наход щимс в точке пересечени с линией нагрева, измерение амплитудного значени импульсного сигнала датчика, определение скорости перемещени источника энергии относительно образцов и зависимости координат точки визировани датчика от времени, одновременно с амплитудным значением измер ют среднее значение сигнала датчика, а температуропроводность определ ют по формуле

а

V -Хо 2 Z (Ucp/Um)

0)

где а - температуропроводность;

V - скорость перемещени источника относительно образцов,

Ucp и Um - среднее и амплитудное значение импульсных сигналов датчика;

Z(Ucp/Um) - функци , обратна функции 4(Z),

WZ)4} (t)4.(t) + maft)dt m

°V|2(t)+m2(t)

где t - врем ;

l(t)X(t)/Xo i -уравнени движени точки m(t) Y(t)/Xo

визировани в относительных координатах;

X X(t) -уравнени движени точки Y Y(t) I

визировани в декартовых координатах X, О, Y с центром в точке нагрева и осью X, совмещенной с направлением перемещени источника;

Хо - рассто ние от точки нагрева до ближайшей точки пересечени линии нагрева и траектории сканировани ,

Т - период сканировани .

На фиг. 1 приведена схема осуществлени способа; на фиг. 2 - графики зависимости координат точки визировани от времени и сигнала датчика температуры дл равномерного сканировани по пр мой,пересекающей линию нагрева под пр мым углом; на фиг. 3 - график функции P(Z).

Сосредоточенный источник 1 энергии (фиг. 1) и датчик 2 температуры расположены под подвижной платформой, на которой установлены исследуемые образцы 3 и 4.

Оптико-механическое сканирующее устройство 5 установлено перед входным окном датчика 2 так, чтобы сканировать тепловое излучение от поверхностей образцов 3 и 4 по пр мой линии, пересекающей линию нагрева под пр мым углом, К выходу датчика 2 температуры подключен вход усилител 6, а его выход - одновременно к выпр мителю

7амплитудного значени и выпр мителю 8 0 среднего значени . Выходы обоих выпр мителей подсоединены к регистраторам 9 и 10.

8качестве сосредоточенного источника 1 энергии могут использоватьс лампа накаливани с фокусирующей системой или ла5 зер (например ИЛГН-704). В качестве сканирующего устройства 5 - оптико-механический дефлектор с качающимс зеркалом . Датчик 2 температуры построен на основе пироэлектрического приемника оп0 тического излучени МГ-30. Усилитель б и выпр мители 7 и 8 собраны на операционных усилител х К140УД14. В качестве регистраторов 9 и 10 использованы самопишущие потенциометры КСП4.

5 Способ осуществл ют следующим образом .

Образцы 3 и 4 перемещают с посто нной скоростью в пределах 2-10 мм/с. При этом происходит нагрев образцов 3 и 4 ис0 точником 1 энергии, Датчик 2 за счет колебани зеркала сканирующего устройства 5 сканирует тепловое излучение от поверхностей образцов 3 и 4 по пр мой линии, пересекающей линию нагрева под пр мым

5 углом. Импульсный сигнал датчика 2 усиливаетс усилителем 6. На выходе выпр мител 7 формируетс напр жение, равное амплитуде импульсов, а на выходе выпр мител 8 - напр жение, равное среднему зна0 чению импульсов. Регистраторы 9 и 10 записывают на диаграммной ленте амплитудные и средние значени сигналов. На основе амплитудных значений определ ют теплопроводность. Дл определени темпе5 ратуропроводности определ ют (например, по скорости вращени и шагу винтовой передачи подвижной платформы) скорость перемещени образцов 3 и 4 и зависимость координат точки визировани датчика 2 от

0 времени.

Рассмотрим случай равномерного движени точки визировани по траектории (фиг. 2). Поскольку максимальные значени сигнала датчика температуры Um (фиг. 26)

5 будут наблюдатьс при пересечении траектории линии нагрева (фиг. 2а), то частота импульсов на выходе датчика будет в два раза выше частоты сканировани . Можно показать, что в этом случае формула (2) пре- образуетс к следующему виду:

„....-.-м1.йл,- -ч

(3)

1+Ј Ј)У

где Ym - амплитуда колебаний

Графики функции Ч(Z) дл нескольких значений параметра Ym/Xo приведены на фиг, 3.

П р и м е р . В качестве исследуемого образца используетс пластина из оптиче- ского стекла Л Кб толщиной 60мм. С диаграммных лент самопишущих потенциометров 9 и 10 сн ты значени амплитудного и среднего напр жений на выходе усилител 6: Um 8,30 В, Ucp 0,625 В Отношение Ucp/Um равно 0,625/8,30 0,075. Скорость перемещени платформы с образцами равна V 2 мм/с. Рассто ние отточки нагрева до точки пересечени траектории и линии нагрева и амплитуда колебаний точки визировани : Хо 20 мм, Ym 60 мм. По графику на фиг 3 дл Ym/Xo 3 определ ем 2. (0,075) 31. Подставив значени V, Хо. Z в формулу (1), получают:

а 0,65-10 6 м2/с.

Технико-экономическа эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом при использовании его в приборах дл определени теплофизических свойств материалов обусловлена упрощением определени температуропроводности за счет замены сложной операции измерени длительности импульсных сигналов на уровне, составл ющем фиксированную часть от амплитуды, более простой операцией определени среднего значени импульсного сигнала и соответствующим удешевлением устройства дл осуществлени способа.

Ф-ормула изобретени Способ определени температуропроводности материалов, включающий нагрев образцовточечным источником энергии, измерение теплового излучени от поверхностей образцов датчиком температуры при взаимном относительном перемещении по пр мой линии образцов и датчика, жестко

5

10 15

св занного с источником энергии, периодическое сканирование теплового излучени от поверхностей образцов по траектории, не пересекающей точку нагрева, и с максимумом температуры, наход щимс в точке пересечени с линией нагрева, измерение амплитудного значени импульсного сигнала датчика, определение скорости перемещени источника энергии относительно образцов и зависимости координат точки визировани датчика от времени, от л и ч а- ю щ и и с тем, что с целью упрощени определени температуропроводности, одновременно с амплитудным значением измер ют среднее значение сигнала датчика, а температуропроводность а определ ют по формуле

Я -

V -Хс

2 Z (Ucp/UnO1

где V - скорость перемещени источника относительно образцов;

Z (Ucp/Um) - функци , обратна функции ТО

30

W-) 4 } exPt-Z rifO + m + m2 . Т °(t)+ (,)

V

где t-врем ;

l(t) X(t)/Xo (-уравнени 1 движени

m(t) Y(t)/Xj

точки визировани в относительных координатах;

Х X(t) (.- уравнени движени точки

Y Y(t)J

визировани в декартовых координатах XOY с центром в точке нагрева и осью х, совмещенной с направлением перемещени источника;

Хо - рассто ние от точки нагрева до ближайшей точки пересечени линии нагрева и траектории сканировани ;

Т - период сканировани .

Я

бШЗЭа

0,20 0 ,15 0 ,10 0 ,05.

/п

фиг.з

Claims

Формула изобретения 40

Способ определения температуропроводности материалов, включающий нагрев образцов точечным источником энергии, измерение теплового излучения от поверхностей образцов датчиком температуры при 45 взаимном относительном перемещений по прямой линии образцов и датчика, жестко где t - время: _л l(t) = X(t)/Xo {.-уравнения¹ движения m(t) = Y(t)/X,JI ··.·..

точки визирования в относительных координатах: \

Χ=Χ(ΐ) у-уравнения движения точки

Y = Y(t)J визирования в декартовых координатах XOY с центром в точке нагрева и осью х, совмещенной с направлением перемещения источника;

Хо - расстояние от точки нагрева до ближайшей точки пересечения линии нагрева и траектории сканирования;

Т - период сканирования.

Редактор М.Товтин Составитель С.Горинский .. Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 2887 ВНИИПИ Государе' Тираж Подписное гвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина. 101