SU1561024A1

SU1561024A1 - Method of nondestructive check of heat conduction of materials

Info

Publication number: SU1561024A1
Application number: SU884409036A
Authority: SU
Inventors: Евгений Анатольевич Белов; Геннадий Яковлевич Соколов; Маргарита Алексеевна Кузьмина
Original assignee: Ленинградский технологический институт холодильной промышленности
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1990-04-30

Abstract

Изобретение относитс к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических свойств материалов. Цель изобретени - повышение точности при испытани х неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании. Свободную поверхность покрыти привод т в тепловой контакт со слоем материала с известной теплопроводностью. В плоскости контакта импульсно выдел ют тепловую мощность. Далее регистрируют изменение температуры поверхности контакта. При этом температуру поверхности измен ют по закону, учитывающему толщину покрыти , радиус его кривизны и текущую температуру поверхности контакта. После регул ризации теплового режима вычисл ют искомую величину. Повышение точности достигаетс учетом (при заданных тепловых услови х) неоднородности теплопроводности покрыти по его толщине, а также учетом его кривизны. Вычисл ема величина теплопроводности вл етс эффективной - усредненной по толщине покрыти . 1 ил.The invention relates to the field of thermal testing, namely the measurement of the thermophysical properties of materials. The purpose of the invention is to improve the accuracy when testing coatings of a non-uniform thickness on a flat and spherical metal base. The free surface of the coating is brought into thermal contact with a layer of material with a known thermal conductivity. Thermal power is pulsed in the contact plane. Next, record the change in temperature of the contact surface. In this case, the surface temperature is changed according to the law, taking into account the thickness of the coating, the radius of its curvature and the current temperature of the contact surface. After regularizing the thermal regime, calculate the desired value. An increase in accuracy is achieved by taking into account (under given thermal conditions) the heterogeneity of the thermal conductivity of the coating over its thickness, as well as taking into account its curvature. The calculated value of thermal conductivity is effective — averaged over the thickness of the coating. 1 il.

Description

Изобретение относитс к способам тепловых испытаний, а именно к способам измерений теплофизических свойств материалов.The invention relates to methods for thermal testing, and specifically to methods for measuring the thermophysical properties of materials.

Цель изобретени - повышение точности при испытани х неоднородных по толщине покрытий на плоском и сферическом металлическом основании.The purpose of the invention is to improve the accuracy when testing coatings of a non-uniform thickness on a flat and spherical metal base.

При испытани х используетс пластина из материала с известными свойствами , контактирующа с поверхностью испытуемого покрыти .In tests, a plate of material with known properties is used, which is in contact with the surface of the test coating.

На чертеже представлено взаимное расположение объекта исследовани и пластины, а также измерительных преобразователей .The drawing shows the relative position of the object of study and the plate, as well as the measuring transducers.

На чертеже представлены пластина 1, объект 2 испытани , покрытие на металлическом основании, прижимное кольцо 3, нагреватели 4 и 5 поверхностной пластины, измеритель 6 температуры контактной поверхности пластин , измеритель 7 температуры внешней поверхности пластины, регул тор 8 температуры поверхности пластины, выход которого подключен к нагревателю 5 , а входы - к Измерител м 6 и 7 температурь и импульсный источник 9 питани , подключенный к нагревателю 5.The drawing shows a plate 1, a test object 2, a coating on a metal base, a pressure ring 3, surface plate heaters 4 and 5, a gauge 6 of the temperature of the contact surface of the plates, a gauge 7 of the temperature of the outer surface of the plate, a regulator 8 of the temperature of the plate surface whose output to the heater 5, and the inputs to the Meters 6 and 7, the temperature and the switching power supply 9 connected to the heater 5.

Способ реализуетс следующим образом .The method is implemented as follows.

слcl

&&

ьэuh

ЈьЈ

Пластина 1 устанавливаетс на контролируемый участок поверхности издели . Плотное прилегание пластины к поверхности покрыти обеспечиваетс кольцом 3. По команде оператора источник 9 выдел ет калиброванный импульс энергии на нагревателе 5. Одновременно начинает работать контур регулировани температуры внешней по- верхности пластины, включающий регул тор 8, нагреватель 4 и термометры 6 и 7. Температура контактной поверхности пластины 1 измер етс термометром . 6 через фиксированный интер- вал времени начина с момента включени источника 9.Plate 1 is placed on a controlled surface area of the product. A tight fit of the plate to the surface of the coating is provided by ring 3. At the command of the operator, source 9 emits a calibrated pulse of energy on heater 5. Simultaneously, the temperature control circuit of the outer surface of the plate starts, including regulator 8, heater 4 and thermometers 6 and 7. Temperature the contact surface of the plate 1 is measured by a thermometer. 6 at a fixed time interval starting from the moment the source 9 is turned on.

Температура внешней поверхности пластины регулируетс по законуThe temperature of the outer surface of the plate is regulated by law.

т.СО тв + (и) -TJ.t.CO tv + (and) -TJ.

где Т с - начальна температура;where T c is the initial temperature;

Ј - врем от момента теплового импульса;. г - радиус кривизны контактнойЈ - time from the moment of heat pulse ;. g - the radius of curvature of the contact

поверхности; - толщина покрыти , . k - температура контактной поверхности .surface; - coating thickness,. k is the temperature of the contact surface.

По данным температурных измерений предел етс темп охлаждени пластиыAccording to the temperature measurement data, the cooling rate of the plate is limited.

1«Ш1 "W

rfrf

Т.T.

InIn

m m

IjsLS-± Ј)IjsLS- ± Ј)

dfdf

где д (, - интервал времени, используемый дл вычислени т, . Момент регул ризации теплового режима Ср устанавливаетс как начало посто нного значени темпа охлаждени .where d (, is the time interval used for calculating,. The moment of the thermal regime regulation Cp is set as the beginning of the constant value of the cooling rate.

Теплопроводность покрыти рассчиты-; ваетс по формулеThermal conductivity of the coating; is according to the formula

.где г„.- радиус кривизны контактной. where r „.- radius of curvature of the contact

поверхности;surface;

W - плотность тепловой энергии, выделенной импульсным источником .W is the density of thermal energy released by a pulsed source.

Повышение точности достигаетс за счет того, что при описанных граничных услови х учитываетс интегральное по толщине (эффективное) значение теплопроводности, а также за счет возможности учета кривизны поверхности покрыти .The increase in accuracy is achieved due to the fact that, under the described boundary conditions, the integral (thickness) integral value of thermal conductivity is taken into account, as well as by taking into account the curvature of the surface of the coating.

Способ реализован в устройстве основным элементом которого вл етс пластина из термостойкой резины толщиной 3 мм. Прижим пластины к сферической поверхности осуществл етс с помощью кольца из винипласта диаметром 200 мм. С обоих сторон пластины наклеены нагреватели, выполненные по тонкопленочной технологии. Требуема одномерность температурного пол в контролируемом изделии достигаетс путем выделени на контактной поверхности пластины центральной зоны с диаметром, в п ть раз меньшим диаметра прижимного кольца. Дл измерени температуры центральной и периферийной зон используютс платиновые пленочные термометры сопротивлени типа ИС-567.The method is implemented in a device whose main element is a plate of heat-resistant rubber 3 mm thick. The plate is pressed against a spherical surface by means of a vinyl plastic ring with a diameter of 200 mm. On both sides of the plate are glued heaters, made by thin-film technology. The required one-dimensionality of the temperature field in the controlled product is achieved by separating a central zone on the contact surface of the plate with a diameter five times smaller than the diameter of the pressure ring. For measuring the temperature of the central and peripheral zones, platinum film thermometers of the type IC-567 are used.

00

5five

00

5five

00

5five

Способ апробирован на образцах покрытий на сферических сегментах радиусом rk 1,0-1,6 м. Толщина покрыти кз пенопласта ППУ 305А и пластика СТ варьировалась от 5 до 25 мм. Величина плотности тепловой мощности составл ла 3-2510 Бт/мг. Врем тепловыделени составл ло 2 с. При этом на нагревателе выдел лась удельна джоулева теплота W 6,5-103 кДж/м7. При указанных параметрах перегрев контактной поверхности не превышал 15К, что остаетс верным дл всего класса теплоизол ционных материалов с Л 0,2 Вт/(м«К). Вычисление темпа охлаждени проводилось в течение всего опыта. Значение последующего темпа охлаждени сравнивалось с предыдущим . Опыт заканчивалс при относительном изменении темпа охлаждени за промежуток времени дЈ 10 с менее 1%. Величина темпа охлаждени при исследовании слоев ППУ 305А толщиной 20-10 3м составл ла -3-10 4 с Врем регул ризации температурного пол Ј зависит от толщины исследуемого материала. Дл слоев теплоизол ции толщиной до 25 мм -С оно не Превосходило 30 мин РThe method was tested on samples of coatings on spherical segments with a radius rk of 1.0–1.6 m. The thickness of the coating of a kz foam polyurethane foam 305A and plastic PT varied from 5 to 25 mm. The thermal power density was 3-2510 BT / mg. The heat generation time was 2 s. In this case, the Joule specific heat W 6.5–103 kJ / m7 was released on the heater. With the specified parameters, the overheating of the contact surface did not exceed 15 K, which remains true for the whole class of thermal insulation materials with L 0.2 W / (m "K). The calculation of the cooling rate was carried out during the whole experiment. The value of the subsequent cooling rate was compared with the previous one. The test ended with a relative change in the rate of cooling over a period of с 10 s less than 1%. The magnitude of the cooling rate in the study of PUF 305A layers with a thickness of 20-10 3m was la-3-10 4 s. The time required to regulate the temperature field Ј depends on the thickness of the material under investigation. For heat insulating layers up to 25 mm thick -C, it did not exceed 30 min P

Закон регулировани температуры обеспечиваетс с помощью прецизионного электронного регул тора, реализующего ПИД-закон регулировани . Необходимое .смещение уровн регулировани относительно температуры контактной поверхности пластины задаетс аппарат- но с использованием известных элект - ронных устройств цифроаналоговой обработки сигнала. Сигналы измерительных преобразователей температуры усиливаютс в блоке прецизионных усилителей .The temperature control law is provided by a precision electronic controller that implements the PID control law. The required displacement of the level of regulation relative to the temperature of the contact surface of the plate is set hardware using known electronic devices for digital-analog signal processing. The signals of the temperature measuring transducers are amplified in a block of precision amplifiers.

Claims

Invention Formula

Method for non-destructive control of thermal conductivity of materials, which consists in the fact that the free surface area of the material is brought into thermal contact with a layer of material

A MGm9 - ;; yT; 12

m

lnsh

„-BLiiaCI

d €

T6 - the temperature of the outer surface of the layer;

Ј - time;

T0 is the initial temperature;

g is the radius of curvature of the contact surface;

L is the desired thermal conductivity of the coating material;

Thermal power is pulsed in the contact plane of the contact and temperature changes are measured over time, characterized in that, in order to improve the accuracy when testing coatings that are not uniform in thickness on a flat or spherical high thermal conductivity basis, the temperature-time dependence of the contact surface is additionally recorded. materials and determine the moment of regularization of this dependence, the temperature of the outer surface of the layer is set by the ratio

T6 (O

+ (C) -T.

r-j

and the sought value is calculated by the formula:

Front

five

0

five

J1

mk

W

An

,

m. thickness of the coating layer; the temperature of the contact surface of the layer; heat pulse energy density;

thermal conductivity of the material of the layer;

the moment of thermal regulation; cooling rate; time interval when calculating the cooling rate.

J