Метод и измерительное устройство бесконтактного оперативного неразрушающего контроля теплофизических свойств твердых материалов

• Автор: Попов, Роман Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ БЕСКОНТАКТНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТФС МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
1.1 Общая характеристика проблемы измерения теплофизических свойств (ТФС) твердых материалов
1.2 Обзор и анализ измерительных средств бесконтактного неразрушающего контроля ТФС твердых материалов

1.3 Постановка задачи исследования

1.4 Выводы
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ИССЛЕДУЕМЫХ ОБЪЕКТАХ ПРИ БЕСКОНТАКТНОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НИХ ОТ НЕПОДВИЖНОГО ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА
2.1 Математическая модель температурного поля с учетом тепловых потерь в окружающую среду
2.2 Адекватность математической модели температурного поля в зависимости от области изменений основных ее параметров
2.3 Выводы
3 МЕТОД БЕСКОНТАКТНОГО ОПЕРАТИВНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
4 МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ОПЕРАТИВНОГО НК ТФС ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Общие рекомендации по выбору типов источника тепла и термоприемников при разработке систем, реализующих бесконтактные методы НК ТФС материалов

4.2 Микропроцессорное устройство бесконтактного оперативного
Ж ТФС твердых материалов
4.3 Алгоритм работы микропроцессорного устройства
4.4 Выводы
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДА БЕСКОНТАКТНОГО ОПЕРАТИВНОГО Ж ТФС ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1 Анализ погрешностей разработанного метода
5.2 Экспериментальные исследования метода и измерительного устройства бесконтактного оперативного НК ТФС твердых материалов
5.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Влияние аппроксимации функции интеграла
вероятности ошибок более простым выражением на точность
вычисления температуры
Приложение 2 Экспериментальные данные по влиянию основных
параметров математической модели на ее адекватность
Приложение 3 Программа и результаты математического моделирования тепловых потерь, происходящих с поверхности исследуемого объекта при бесконтактном тепловом воздействии
на нее точечного источник тепла
Приложение 4 Структурная схема измерительной головки
Приложение 5 Программа для выделения доминирующих
составляющих в общей погрешности измерения ТФС материалов
Приложение 6 Данные экспериментов
Приложение 7 Материалы по внедрению

Перечень наиболее часто употребляемых условных обозначений
А - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); а - коэффициент температуропроводности, м2/с;
Т - температура, К;
х, у, г - пространственные координаты, м;
К - расстояние от точки нагрева до точки контроля температуры, м; д - мощность теплового воздействия, Вт; а - коэффициент теплоотдачи;
Р - коэффициент прозрачности окружающей среды; е - коэффициент излучения тела;
X* - результат измерения коэффициента теплопроводности, Вт/(м-К); а* - результат измерения коэффициента температуропроводности, м2/с; ДА,*, Да* - абсолютные погрешности результатов измерений коэффициентов тепло- и температуропроводности, Вт/(м-К) и м2/с соответственно;
6А, да- относительные погрешности результатов измерений коэффициентов тепло- и температуропроводности, %;
М[‘■] - математическое ожидание,
о[-] - среднеквадратическое отклонение (СКО) ,
V - скорость, м/с;
ИК- инфракрасный;
ТФС - теплофизические свойства;
НК - неразрушающий контроль.

2.3 Выводы
1. Разработана математическая модель тепловых процессов в исследуемых объектах при бесконтактном тепловом воздействии на них от неподвижного точечного источника тепла, учитывающая тепловые потери, оказывающие существенное влияние на температурное поле исследуемых объектов при указанном виде теплового воздействия. Расхождение реальных значений температур и расчетных, определяемых по разработанной модели, не превышает 5%.
2. Определены основные параметры разработанной математической модели, оказывающие наибольшее влияние на ее адекватность тепловым процессам, происходящим в исследуемых объектах. К ним относятся коэффициент излучения поверхности тела е, суммарные потери, вызванные конвективным и лучистым теплообменом между поверхностью тела и окру-

жающеи средой а также соотношение
•ч/т
3. Доказано, что основное влияние на адекватность разработанной модели оказывают правильное задание диапазонов изменения расстояния Я от источника тепла до точек контроля температуры на поверхности тела и моментов времени фиксации температуры в точках контроля, а также радиус г0 пятна точечного источника тепла. Даны рекомендации по выбору диапазонов и соотношений между этими параметрами, при соблюдении которых существенно повышается адекватность модели, описывающей тепловые процессы в исследуемых объектах.