Введение к работе
Актуальность темы, Развитие codpcmghuux отраслей народного хозяйства требует создания материалов и изделий с наперед заданными свойстиами, контроля этих свойств втечениа всего технологического процесса. Важное место в ряду технологических СВОЙСТВ материалов занимают теплофизичзские свойства (ТФС): температуропроводность, теплоемкость к теплопроводность.
Получение данных о ТФС материалов, готових изделий и их частей невозможно без совораеиствования старых и создания новик методов н средств измерения ТФС материалов в широком интервале температур. Все измерительные системи тепдофиэических свойств (ИС ТФС) в зависимости от используемых методов делятся на три класса: стационарные, квазистационарнио и нестаичоиарнио.
Нестационарный (импульсные) системи измерения ТФС в настоящее время получили иирокоо распрост. оненио на практике, благодаря тому, что они выгодно отличаются от первых двух классов КС ТФС но производительности, возможности определения за один эксперимент всех ТФС, простоте реализации, хотя и уступают стационарным и кпазистациопарпмм НС ТФС в точности. Появление импульсных ИС ТФС с открытой поверхности, не требующих изготовлений образцов опрохелешюй геометрической форма, существенно расширило диапазон использования импульсных ИС ТФС (измерение ТФС маториалои в жидкой фазе, изнероиио ТФС готовых изделий и даже их частей).
Одной из основных проблем, сдерживающих дальнейшее практическое использование импульсных ИС Т'ГС с открытой поверхности, является проблема, связанная с высохоимгеисианым тепловым воздействием источника тепла на материал (чаще всего это луч оптического квантового генератора <ОХГ)). Такое воздействие на матерках приводит к нарупекига целостности его поверхности в результате плавления и резкому снижению точности определения ТФС.
Кроме того,4 широкому ппедрецик) в практику импульсных ИС ТФС с открытой поверхности препятствует.тот Факт, что данные измерительные устройства не автоматизированы.
Имеющиеся в настоящее время ИС ТФС с открытой поверхности с использованием высокоинтенсивного точечного источника тепла при определении ТФС рассматривают тепловую задачу_боэ учета записи-
мости от температури теплофизических коэффициентов, что противоречит условиям эксперимента.
Таким образом, актуальным является создание иераэруяающих импульсных измерительных систем для определения ТФС с открытой поверхности, использующих источники топла с пониженной интенсивностью, обладающих достаточной точностью и простотой в реализации.
целью исследований является разработка и создание импульсной автоматизированной норазрушающей системы измерения ТФС твердых материалов п широком интервале температур при использовании расфокусированного луча ОКГ.
Для достижении указанной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать импульсный мотод измерения ТФС твердых тол с открытой поверхности при использовании расфокусированного луча ОКГ, определить основні *> требования к ИС ТФС, реализующей данный метод.
-
Исследовать влияние температурной зависимости теплофизичес-ких коэффициентов на точность измерения тепловых свойств при использовании ИС ТФС с открытой поверхности.
-
Создать аппаратно-программный комплекс для реализации импул; сного мегода измерения ТФС с использованием рассредоточенного ис точника тепла.
-
Провести анализ точности спроектированной ИС ТФС с открытой поверхности при использовании расфокусированного луча ОКГ.
-
Провести испытания разработанных метода и средств измерения ТФС на твердых материалах в широком температурном интервале.
Методика исследований. При решении поставленных задач использовались метод источников (Функций Грина), численные методы, методы теории информационно-измерительных систем.
Научная нопизна. Впервые получоны следующие научные результа-ты:
1) разработан импульсный метол измерения комплекса ТФС (температуропроводность, удельная теплоемкость, теплопроводность) материалов с использованием в качество источника тепла луча лазера при измерении теплового сигнала с передней поверхности с учетом пространственно-временного распределения онер- " гни по сечению источника тепла:
получены расчетные формулы ТФС дли КС ТФС при импульсном расфокусированное* теплопом воздействии;
определены основные требования к импульсной ИС ТФС с открытой поверхности; ,
показано, что импульсный метод измерения ТФС с использованием точечного источника топла является частный случаем предложенного метода, определены гранимы применимости импульсного метода измерения ТФС;
2> с учетом высокого градиента температури на поверхности материала, зависимости ТФС от температуры, вызванных пысокоинтен-:ивішм тепловым воздействием:
исследованы диапазоны, ошибок, в пределах которых возможно использовать а ИС ТФС мотодику расчета ТФС, основанную на решении линейной- тепловой задачи с коэффициентами, но зависящими от тенпоратуры;
опроделсии наиболее оптимальные положения датчика температури в КС ТФС и интенсивности источника тепла' с точки зрения опиБок и моренна ТФС в НС ТФС;
-
создан аппаратно-программный комплекс для измерения ТФС пердых маториалоа с открытой поверхности при использовании йе-точ- . іика тепла, интенсивность которого подчиняется нормальному закону;
-
предложена методика расчета характеристик основных блоков. і узлов- ИС ТФС с открытой поверхности при использовании импуль-:иого расфокусированного источника топла.
Практическая ценность. Предложенные метод и сродства изме-юния ТФС положены в основу системы измерения-ТФС твердых иа-ериалоп D интервале температур 300-1300 К при измерении теп-юпого сигнала с переднеП поверхкост» исследуемого образца, а основе полученных данных при измерении ТФС известных ното-іналоо исследованы точностные характеристики созданной ИС ТФС.
Основные принципы построения автоматизированной ИС ТФС с отрытой поверхности полохоиы » основу устройства-автомата для изме-ения температуропроводности твердых материалов.
Апробация работ». Основное содержание выполненных исследопа-ий докладывалось на III Всесоюзной каучио-техннчоской конфо-онции "Иотрологичсскоо обеспечение температурних и танлофизи-оскнх измерений в области высоких температур" (Харьков, 193(5), а Всесоюзной научио-техничоской копфоролции "Методы и сродства оплофизических измерений" (Севастополь, 1D87), на VIII Всесо-
6 .
изной конференции по теплофнзическим свойствам веществ" (Новосибирск, 1988), на XII Всесоюзной конференции по химической термодинамике и калориметрии (Горький, 1988), на IV Всесоюзной научно-тахнкчоской конференции "Текпература-90" {Харьков, 1990), на научно-технической конференции "Учаиые Иховского механического института - производству" (Ихооск, 1980).
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 144 диетах маяииолисного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 38 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований. 4 приложений на 14 страницах.
