Спосіб визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів

Реферат: Спосіб визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів шляхом розрахунку з використанням порівняльних з еталоном характеристик попередньо вибраного еталонного матеріалу з відомою температуропровідністю а е . Проводять точковий нагрів матеріалу та за допомогою тепловізора вимірюють параметри температури через рівні малі часові інтервали. Розраховують температуропровідність досліджуваного матеріалу. UA 101979 U (12) UA 101979 U UA 101979 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до способів визначення фізичних властивостей твердих тіл, зокрема температуропровідності матеріалів, і може бути використана при проектуванні оптикоелектронних приладів, працюючих в екстремальних умовах. Відомий спосіб знаходження коефіцієнта температуропровідності матеріалів [1], згідно з яким джерело тепла, виконане у вигляді теплової труби, поміщається вглиб досліджуваного масиву зразка, температурне поле якого характеризується трьома зонами. У зонах датчики температури розміщують на певній відстані, що залежить від відстані точки вимірювання температури в першій зоні до осі теплової труби. Цей спосіб дозволяє визначати коефіцієнт температуропровідності матеріалів. Недоліком такого способу є низька точність визначення коефіцієнта температуропровідності, внаслідок того, що не враховуються ефекти перевідбиття температурної хвилі в напівобмеженому масиві і розглядається розсіювання теплоти рівномірно у всіх напрямках від джерела теплоти, ігноруючи пористість і дефекти структури досліджуваного матеріалу. Найближчим аналогом є спосіб визначення температуропровідності оптичного скла [2], згідно з яким проводять розрахунок визначення температуропровідності оптичного скла шляхом розрахунку з використанням порівняльних з еталоном характеристик механічно оброблених поверхонь зразків, при якому попередньо вибирають еталонний матеріал з відомою температуропровідністю a ет , заблоковують пластини з еталонного матеріалу та досліджуваного матеріалу, разом механічно обробляють одну поверхню зблокованих пластин, вимірюють параметри, що характеризують процес механічної обробки зразків, а розрахунок проводять за пропорційною залежністю температуропровідності від виміряних параметрів. Такий спосіб дозволяє визначити коефіцієнт температуропровідності з достатньо високою точністю. Недоліком найближчого аналога є те, що такий спосіб не є прямим, а також складність його реалізації. Задачею корисної моделі є розроблення прямого, точного та простого в реалізації способу контролю коефіцієнта температуропровідності матеріалів. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується спосіб визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів шляхом розрахунку з використанням порівняльних з еталоном характеристик попередньо вибраного еталонного матеріалу з відомою температуропровідністю а е і відрізняється тим, що проводять точковий нагрів матеріалу та за допомогою тепловізора вимірюють параметри температури через рівні малі часові інтервали, а значення температуропровідності досліджуваного матеріалу розраховують за формулою х Т 1  х е , де а н - температуропровідність дослідного зразка, а н aн  а е  н н  х е Т е 1  х н температуропровідність еталонного зразка за ГОСТ 13659-78, Т н - різниця температур дослідного зразка, взята з термограми, Т е - різниця температур еталонного зразка, взята з термограми, х н - інтервал від джерела нагрівання, на якому вимірювалось Т н , х е - інтервал 40 45 50 55 від джерела нагрівання, на якому вимірювалось Т е , а при х н  х е , ан  а е  Т н . Т е Позитивний ефект запропонованої корисної моделі полягає в тому, що запропоновано більш точний спосіб визначення коефіцієнта температуропровідності тому, що похибка визначення Т складає мінімум 0,1 %, а в прототипі похибка вимірювання величини коефіцієнта зішліфування на порядок вища. Крім цього, запропонований спосіб є прямим за фізичною суттю. Спосіб простий в реалізації, прямий та точний. Приклади реалізації. Для реалізації корисної моделі було виконано зразки з шліфованого абразивом М10 скла К8 діаметром 50 мм, товщиною 3 мм, температуропровідність якого визначена ГОСТ 13659-78. і -6 2 дорівнює 0,6110 м /с. Для вимірювання коефіцієнта температуропровідності відносно до скла К8 взяли відомі стекла марок ЛК7, БК10, ТФ1, ТФ10, з аналогічними до К8 геометричними розмірами (диски діаметром 50 мм, товщиною 3 мм) та обробкою зовнішньої поверхні (шліфування абразивом М10). Зразки нагрівали в центрі диска за допомогою інфрачервоного лазерного випромінювача. Вимірювання різниці температур TН та Tе проводили через рівні проміжки часу на відстані 10 мм за допомогою тепловізора, розробленого в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України. Технічні характеристики цього пристрою наведено у таблиці. 1 UA 101979 U Таблиця Технічні характеристики тепловізора Параметр Габаритні розміри, мм Поле кут зору, град. Кількість елементів матриці Розміри одного елемента Частота кадрів Діапазон спектральної чутливості Вхідний сіп нал камери Напруга живлення Температурна чутливість Охолодження 5 Значення 287×192×130 40 256Hx290V 50×33m2 25 Гц 2-5,3 мкм Цифровий 220 В±10 %, частота 50 Гц±1 % 2 0,07 °C на площі 0,25 мм Рідкий азот Температуропровідність для ЛК7, БК10, ТФ1, ТФ10 визначали на однаковій відстані від джерела нагріву за запропонованою формулою aн  а е  Т н , Т е де а н - температуропровідність дослідного зразка, а е - температуропровідність еталонного зразка за ГОСТ 13659-78, Т н - різниця температур дослідного зразка взята з термограми, Т е - різниця температур еталонного зразка взята з термограми. Експериментально та з використанням формули було знайдено, що а н для ЛК 7 -6 10 15 2 -6 2 -6 2 -6 2 дорівнювало 0,8110 м /с, БК10 - 0,4810 м /с, ТФ1 0,3810 м /с, ТФ 10 0,3210 м /с. Ці результати практично співпадали з відомими в літературі даними, зокрема з ГОСТ 13659-78. Джерела інформації: 1. Озерной Н.А., Ус Н.А. Способ определения температуропроводности материалов, патент РФ № 2221239, опубл. 10.01.2004. 2. Качур Н.В., Маслов В.П., Мотрич І.С. Спосіб визначення температуропровідності оптичного скла, патент UA № 88448 опубл. 11.03.2014, бюл. № 5/2014. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів шляхом розрахунку з використанням порівняльних з еталоном характеристик попередньо вибраного еталонного матеріалу з відомою температуропровідністю а е , який відрізняється тим, що проводять точковий нагрів матеріалу та за допомогою тепловізора вимірюють параметри температури через рівні малі часові інтервали, а значення температуропровідності досліджуваного матеріалу х Т 1  х е розраховують за формулою aн  а е  н н  , де а н - температуропровідність дослідного х е Т е 1  х н зразка, а е - температуропровідність еталонного зразка за ГОСТ 13659-78, Т н - різниця температур дослідного зразка, взята з термограми, Т е - різниця температур еталонного зразка, взята з термограми, х н - інтервал від джерела нагрівання, на якому вимірювалось Т н , хе - інтервал від джерела нагрівання, на якому вимірювалось ан  а е  Т е , а при хн  х е , Т н . Т е 30 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2