Введение к работе
Актуальность работы. Развитие важнейших отраслей промышлешю-ти требует не только применения уже известных материалов с заданными фи-ико-химическими свойствами, но и создшшя н применения большого количе-тва повых конструкционных, электроизоляционных, тепло- и хладостойких итериалов, обладающих более высокими, а ішогда и новыми свойствами и ксплуатационными характеристиками по сравнению с известными. Сложность большой объем экспериментальных исследов-ний по определению качества, олговечиости и надежности синтезированных материалов, а также готовых зделий, требует как совершенствования традиционных, так и создания новых ффективных методов и средств контроля.'Среди них большой информатшшо-гыо и широкими функциональными возможностями обладают активные кон-истные Юбесконтактные тепловые методы контроля, которые позволяют оп-гделять качество исследуемых материалов по их теплофизическим характери-гикам (ТФХ), основными из которых являются теплопроводность и темпера-фопроводность. Оперативность и качество проведения теплофизического ссперимента по определению ТФХ исследуемых объектов значительно воз-їсгают при использовании методов неразрушаюшего контроля, для которых зрактерны высокая производительносг и возможность проведения контроля і всех стадиях производства и эксплуатации как материалов, так и готовых далий из них. Однако, известно, что теплофизические измерения отличаются южностью и трудоемкостью проведения измерительного эксперимента. Прошение таких экспериментов еще усложняется и тем, что тепловое воздействие получение измерительной информации в ходе эксперимента возможно осу-ествлять только на ограниченном участке поверхности исследуемого объекта, время проведения экспериментов, например в ходе технологического пронес-, бывает ограничено. Поэтому разработка новых методов и реализующих их іедств на базе микропроцессорной техники, позволяющих автоматизировать юцесс контроля, повысить точность, оперативность, гарантир. ющих сохранив целостности исследуемых объектов, является актуальной задачей.
Когда примените контактных методов контроля ТФХ затруднено, либо возможно, то наиболее целесообразно использовать бесконтактные методы еративгого неразрушающего ко.ггроля. Однако достоверность и точность р<. иьтатов измерения при применении этих, методов и средств зависит от реше-я задач, связанных с учетом тепловых потерь в окружающую среду с по-
всрхности контролируемых материалов и изделий. Поэтому актуальной задачей является создание методов и средств позволяющих учесть тепловые потери в окружающую среду с поверхности контролируемых материалов и повысить точность контроля.
По своей физической сути к указанной проблеме тесно примыкает задача измерения толщины защитных покрытий (ТЗП), поскольку надежность, работоспособность, а в итоге качество готовых изделий в наиболее ответственных отраслях техники (ракетостроение, космическое анпаратостроение, атомная энергетика и т. д.) зависит от этого параметра, так как здесь тепловые режимы в объектах контроля строго регламентируются и получение оперативной информации о теплозащитных параметрах становится уже необходимым условием применения и эксплуатации этих изделий. Поэтому актуальность разработки новых методов, позволяющих решать эту задачу, также не вызывает сомнений.
Связь с государственными программами н НИР. Диссертационная рабо а выполнялась в рамках реадшащіи следующих коемдинащютшых планов и государственных программ: координационный план НИР по направлению 1.3 "Физика твердого тела" на 1986-1990 г.г., раздел "Нсратрутаюпще физические методы конгроля", шифр 1.3.10.5 "Исследование новых методов бесконтактной термометрии с использованием ИК-светодиодов в задачах тепловой дефектоскопии и технологического контроля"; межвузовская научно-техшгческая программа Госкомобразования РСФСР "Создание высокоэффективных методов и приборов анализа веществ и материалов" на 1990-11*93 г.г.; межвузовская на-учіїо-ісхническая программа Госкомобразования РСФСР "Неразрушающий контроль и диагностика", раздел 4: "Оптические, радиоволновые и тепловые метолы иеразрушающего контроля" на 1994-1998г.г.
Предмет исследований. Разработка методов и приборов неразрушающе-го контроля ТФХ и ТЗП материалов и изделий, анализ погрешности результатов измерений на базе аналитических соотношений, получаемых с использованием математических моделей объектов измерений, выделите доминант в составе полной погрешности с целью целенаправленного воздействия на источники погрешности, а также коррекции результатов измерений. Эксперимен-татьные исследоватля разработанных методов и средств НК ТФХ и ТЗП.
Цел,, заботы. Разработка и внедрение в практику новых, эффективных с мифологической топки зрения, контактных и бесконтактных методов и реализующих их микропроцессорных средств иеразрушающего контроля ТФХ и
ТЗП материалов и изделий, позволяющих повысить оперативность контроля искі мых характеристик.
Для достижения поставленной цели необходимо:
провести литературный обзор существующих методов и приборов для контроля т^тлофизических свойств;
разработать и исследовать на основе математических моделей теплообмена в исследуемых физических объектах новые, более эффективные кошакт-ные и бесконтактные методы гомереїшя ТФХ и ТЗП материалов и изделий без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик:
разработать микропроцессорные приборы, реализующие ] «работав? ные контактные и бесконтактные методы измерения ТФХ и ТЗП матсрихчов и изделий:
провести метрологический анализ методов НК ТФХ л ТЗП материалов и изделии4 на расчетной основе с выделением доминант в составе полной погрешности для целенаправлешюго воздействия на источники погрешности, а также коррекіши результатов измерений;
осуществить экспериментальную проверку результатов рабо ы и внедрить их в промышленное производство.
Методы и методики исследовании. Результаты исследований, включенные в диссертацию, базируются на аналитической теории теплопроводности, математической физике, операционном исчислении, маїсматическом моделировании, метрологии и метрологическом эксперименте с испотьзовапнем 'эталонных образцов материалов, а также на накопленном опыте и результатах в области тепловых методов неразрушаюшего контроля и диагностики ТФХ и ТЗП материалов и изделий и проектирования прибороп, реализующих ни методы, при выполнении научно-исследовательских работ на базе кафедрі., конструирования радиоэлсктрошгых и микропроцессор!!ых систем Тамбовского государственного техішческого университета и межвузовской лаборатории "Теплофизические измерения и приборы", а также ряда промышленных и научно-исследовательских организаций.
Научп.-ч новпчпа диссерташг иной работы заключается в том, что па основе аналитического решения краевой задачи теплопроводности для физического объекта, состоящего из двух полуограгагчешплх тел, од"о in которых яп-ііяєіся эталоном, а другое - исследуемым материалом, в плоскости контакта которых действует линейный импульсный источник тепла, поручены зависимости для расчета теплофітзических характеристик я толщины защитных по-
крытий материалов и изделий, разработаны новые контактные методы измерения ТФХ и ТЗП, имеющие высокую оперативность, достаточную для технологического контроля точность и полную гарантию сохранения целостности объекта исследования, исследованы возможности повышения точности бесконтактных методов контроля и разработан бесконтактный метод НК ТФХ, позволяющий значительно уменьшить влияние потерь в окружающую среду от конвективного и лучистого теплообмена на результаты эксперимеота, проведен метрологический анализ разработанных методов на аналитической основе. Разработан метод контроля трехслойных изделий из строительных материалов в виде стеновых панелей с утеплителем, позволяющий значительно сократить время теплофизического эксперимента с требуемой для решения таких задач точностью.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны и исследованы новые, более эффективные контактные и бесконтактный методы контроля ТФХ и ТЗП материалов и изделий без нарушения их целостности и зксішуатациошшх характеристик, созданы алгоритмы управления ходом эксперимента и обработки измерительной информации, разработаны микропроцессорные устройства и конструкция термозонда, защищенные патентами РФ на изобретения.
Реализация результатов работы заключается в создании и внедрении при непосредственном участии автора:
измерительной системы бесконтактного контроля температурных полей и теплофшических свойств резинотехнических материалов и изделий для АО асбестовых и резинотехнических изделий "АРТИ" (г. Тамбов, 1994 г.);
измерительно-вычислительной системы неразрушаюшего контроля тшлопроводности стеновых панелей для комбината полносборного домостроения (г. Тамбов, 1995 г.);
измерительно-вычислительной системы неразрушаюшего контроля теплопроводности строительных материалов "СКАТ-CM" для проектного института "Кемеровгорпроект " (г. Кемерово, 1996 г).
Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на 1-ой научной конференции ТГТУ (і. Тамбов, 1994 г.), 2-ой научной конференции ТГТУ (г. Тамбов. 1995 г.). Второй Международной теплофизнческой школе "Повышение эффективности теплофшических исследований технологических процессов промышленно-
о производства и их метрологического обеспечения" (Тамбов, 1995 г.), 3-ей гауч.юй конференции II J У ( г. Тамбов, 1996 г. ).
ПубликаЩ'и. Основные результаты диссертационной работы защищены : патентами РФ на изобретения, отражены в 2-х статьях в цешральных жур-іалах, б тезисах докладов конференций, отчетах по хоздоговорным и бю.чжет-им НИР.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, за-лючения и приложения. Основная часть диссертации изложена на 129 сграни-;ах машинописного текста и содержит 12 рисуігков, 16 таблиц. Список литс-атуры включаї 102 наименования.
