Патент на изобретение №2255329

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Использование: для определения теплофизических свойств материалов. Сущность: заключается в том, что на теплоизолированной поверхности исследуемого материала помещают линейный импульсный источник тепла. После подачи теплового импульса измеряют соотношение между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением до момента наступления наперед заданного значения, при этом регистрируют интегрированное по времени значение температуры. Технический результат: повышение точности измерений. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям. Область применения – определение теплофизических свойств материалов и изделий.

Известен импульсный способ определения теплофизических свойств материалов (ТФС), состоящий в импульсном тепловом воздействии по прямой линии на поверхность образца и регистрации момента времени _o, соответствующего максимуму температуры Т_mах

Недостатком этого способа является низкая точность определения _о.

Известен также способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов, наиболее близкий к данному техническому решению, заключающийся в том, что в результате импульсного нагрева поверхности теплоизолированного исследуемого материала в заданной точке контроля измеряют соотношение между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением до наступления наперед заданного соотношения (патент РФ №2184952, кл. G 01 N 25/18, 2002).

Недостатком способа является низкая точность измерений.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности теплофизических измерений.

Сущность изобретения заключается в том, что нагрев поверхности осуществляют линейным импульсным источником тепла, измеряют температуру в точке контроля, измеряют соотношение между значениями температуры и ее дифференциальным по времени значением до момента достижения наперед заданного соотношения, регистрируют интегрированное по времени значение температуры, рассчитывают искомые теплофизические свойства по формулам

где – температуропроводность;

_o – время наступления наперед заданного соотношения;

– время;

r – расстояние между источником тепла и термодатчиком;

– теплопроводность;

Q – количество тепла, выделяемого линейным источником тепла;

k – значение наперед заданного соотношения;

I – интегрированное по времени значение температуры;

Т – температура;

E_i – интегральная показательная функция.

Приведенные формулы получают на основании следующих рассуждений. Для полуограниченного тела, на поверхности которого действует линейный импульсный источник тепла, температурное поле описывается выражением

а производная температуры по времени

Используя интегральную показательную функцию (Математика. БЭС/ Гл. ред. Ю.В.Прохоров – 3-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – с.230):

формула (7) преобразуется к виду

Из выражений (5), (6) и равенства

получают формулу для расчета температуропроводности (1). Подставив (1) в выражение (8) и преобразуя его, получают формулу для расчета теплопроводимости (2), которую можно представить в виде (А.Г.Цыпкин, Г.Г.Цыпкин. Математические формулы. Алгебра. Геометрия. Математический анализ: Справочник. – М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. литературы, 1985. – 128 с.):

где – постоянная Эйлера-Маскерони.

На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа. На теплоизолированной поверхности исследуемого материала 1 помещают линейный импульсный источник тепла 2, выделяющий количество тепла по линии а-б, равное Q. На расстоянии r от источника тепла располагают термодатчик 3. После подачи теплового импульса в заданной точке контроля поверхности исследуемого материала фиксируют дифференциальное по времени значение температуры, интегрированное по времени значение температуры и ее абсолютное значение до момента наступления заранее заданного соотношения.

На фиг.2 приведены расчетные графики изменения значений температуры и ее дифференциальных интегрированных по времени значений при Q=40 Дж; =5·10^-7 м²/c; =0,5 Bт/м·K; r=2,5·10^-3 м; k=1.

Измерения времени наступления наперед заданного соотношения между температурой и ее дифференциальным по времени значением, а также интегрированным по времени значением температуры повышает чувствительность определения теплофизических свойств материалов, что повышает точность расчета теплопроводимости и температуропроводимости.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, заключающийся в нагревании поверхности импульсным источником тепла, измерении значения температуры в точке контроля, измерении соотношения между значением температуры и ее дифференциальным по времени значением до момента достижения наперед заданного соотношения, отличающийся тем, что нагрев осуществляют линейным источником тепла, регистрируют интегрированное по времени значение температуры, рассчитывают искомые теплофизические свойства по формулам:

где – температуропроводность;

– время;

₀ – время наступления наперед заданного соотношения;

r – расстояние между источником тепла и термодатчиком;

– теплопроводность;

Q – количество тепла, выделяемого линейным источником тепла;

k – значение наперед заданного соотношения;

I – интегрированное по времени значение температуры;

T – температура;

Е_i – интегральная показательная функция.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.12.2005

Извещение опубликовано: 20.08.2007 БИ: 23/2007