SU782494A1 - Method for measuring temperature conductivity of materials - Google Patents
Method for measuring temperature conductivity of materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU782494A1 SU782494A1 SU792787565A SU2787565A SU782494A1 SU 782494 A1 SU782494 A1 SU 782494A1 SU 792787565 A SU792787565 A SU 792787565A SU 2787565 A SU2787565 A SU 2787565A SU 782494 A1 SU782494 A1 SU 782494A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- sample
- change
- oscillations
- frequency
- amplitude
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении теплофизических свойсть. материалов в широком интервале температур, в частности при воздействии ионизирующих излучений,The invention relates to measuring technique and can be used to determine thermophysical properties. materials in a wide temperature range, in particular when exposed to ionizing radiation,
Известен способ определения температуропроводности, основанный на измерении изменения температуры поверхности образца с помощью термопар при соэда— нии в нем нестационарного температурного поля [1]· ’Однако этот способ не позволяет проводить надежные и точные измерения в широком интервале температур из-за инерционности термопар и погрешности, обусловленной 'изменением поля температуры в месте заделки термопар в образец и изменением свойств материала термопар.A known method for determining thermal diffusivity, based on measuring changes in the surface temperature of a sample using thermocouples when a non-stationary temperature field is connected in it [1] · 'However, this method does not allow reliable and accurate measurements in a wide temperature range due to inertia of thermocouples and error due to a change in the temperature field at the place where the thermocouples are embedded in the sample and a change in the properties of the thermocouple material.
Известен способ определения температуропроводности твердых тел £2], заключающийся в том, что в исследуемом образце возбуждают ультразвуковые коле2 бания вблизи одной из резонансных частот и одновременно с этим осуществляют нестационарный нагрев поверхности образца. Изменение амплитуды колебаний, обусловленное изменением резонансной частоты образца в результате нагрева, регистрируют с помощью приборов, нахо·*· дяг постоянную времени изменения амплитуды и по известным, соотношениям опре-. деляют температуропроводность образца.A known method for determining the thermal diffusivity of solids £ 2] is that ultrasonic vibrations are excited in the sample under study near one of the resonance frequencies, and at the same time, nonstationary heating of the surface of the sample is carried out. A change in the amplitude of oscillations caused by a change in the resonant frequency of the sample as a result of heating is recorded with the help of instruments, finding the time constant of the change in the amplitude and, according to the known, determinations. divide the thermal diffusivity of the sample.
Недостатком способа является большая погрешность при измерениях на образцах материалов, обладающих большим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний, например, полимерных материалов.The disadvantage of this method is the large error in measurements on samples of materials having a large attenuation coefficient of ultrasonic vibrations, for example, polymeric materials.
Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений температуропроводности материалов с большим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний.The purpose of the invention is to increase the accuracy and reliability of measurements of thermal diffusivity of materials with a large attenuation coefficient of ultrasonic vibrations.
Цель достигается тем, что исследуемый образец механически соединяют с эталонным образцом с известными физи— вескими свойствами, изготовленным из материала с малым коэффициентом ватухания ультразвуковых колебаний, возбуждают в системе резонансные колебания на .. частоте, вблизи которой'наблю.г' 5 дается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от часто··2 ты, и по скорости изменения амплитуды колебаний системы, состоящей из исследуемого и эталонного образцов, нахо— ю дяг температуропроводность материала доследуемого образца.The goal is achieved by the fact that the test sample is mechanically connected to a reference sample with known physical properties made of a material with a low coefficient of attenuation of ultrasonic vibrations, excite resonance vibrations in the system at .. frequency, near which the most intense the amplitude of the resonant oscillations often you ·· 2, and the rate of change of amplitude oscillations of the system consisting of the test and reference samples naho- w dyag thermal diffusivity material dosleduem th sample.
На фиг. 1 изображена система опрел· деления температуропроводности,' на фиг. 2 - резонансные кривые изменения амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения.In FIG. 1 shows a system for determining the thermal diffusivity, 'in FIG. 2 - resonance curves of changes in the amplitude of oscillations of the sample with a change in the excitation frequency.
Систему, состоящую из исследуемого и эталонного 2 образцов, размещают между звукопроводамй 3, через которые 20 осуществляется возбуждение и регистрация колебаний. Механическое соединение образцов осуществляют с помощью пружинящего элемента 4. Нестационарное температурное поле в исследуемом образ—25 це создают путем воздействия на его плоскую поверхность импульсного теплового потока.The system, consisting of the studied and reference 2 samples, is placed between the sound ducts 3, through which 20 the excitation and registration of vibrations are carried out. The mechanical connection of the samples is carried out using a spring element 4. An unsteady temperature field in the test sample — 25 ° C is created by exposing it to a flat surface with a pulsed heat flow.
Условие применимости такой схемы измерения заключается в том, чтобы время переходного теплового процесса в эталонном образце было много меньше, чем время переходного теплового процесса в исследуемом образце.The condition for the applicability of such a measurement scheme is that the time of the transitional thermal process in the reference sample is much shorter than the time of the transitional thermal process in the test sample.
Постоянная времени переходного тепнового процесса исследуемого образца определяется по формуле гдеThe time constant of the transitional heat process of the test sample is determined by the formula where
11^- толщина исследуемого образца, '1С=3,14,11 ^ is the thickness of the test sample, '1C = 3.14,
С^- температуропроводность материала исследуемого образца. 'C ^ is the thermal diffusivity of the material of the test sample. ''
Постоянная времени переходного теплового процесса эталонного образца определяется по формулеТ^ - Q4 , гдеThe time constant of the transitional thermal process of the reference sample is determined by the formula T ^ - Q 4 , where
5^2“ толщина эталонного образца,’ 01^- температуропроводность материа— ла эталонного образца. Тогда условие применимости способа можно записать в виде 7 7 Такое условие можно выполнить путем выбора эталонного образца с малой толщиной (4lz= 2-3 мм) из материала с большим коэффициентом температуропроводности, например из алюминия (0^= 8,9..10”^м/с).5 ^ 2 “is the thickness of the reference sample, '01 ^ is the thermal diffusivity of the material of the reference sample. Then the condition of applicability of the method can be written in the form 7 7 Such a condition can be fulfilled by choosing a reference sample with a small thickness (4l z = 2-3 mm) from a material with a large thermal diffusivity, for example, from aluminum (0 ^ = 8.9..10 ”^ M / s).
<5 .50<5 .50
Известно, что изменение температуры задней поверхности исследуемого плоского образца при импульсном тепловом воздействии на его переднюю поверхность описывается формулой А Т= СОЯЛ'/Г’^где, ΔΤ — приращение температуры задней поверхности исследуемого образца;It is known that a change in the temperature of the back surface of the investigated flat sample under pulsed thermal action on its front surface is described by the formula A T = SOYAL '/ G ’^ where, ΔΤ is the temperature increment of the back surface of the studied sample;
•fe - время, отсчитываемое с момента начала теплового воздействия.• fe - time counted from the moment of the beginning of the heat exposure.
Поскольку тепловая постоянная времени эталонного образца существенно меньше, чем исследуемого, его температура меняется по тому же закону, что и температура задней поверхности исследуемого образца. Изменение температуры приводит к изменению параметров колебаний эталонного образца, которые измеряются в эксперименте.Since the thermal time constant of the reference sample is significantly less than that of the sample, its temperature changes according to the same law as the temperature of the back surface of the sample under study. A change in temperature leads to a change in the vibration parameters of the reference sample, which are measured in the experiment.
Пусть £р^ — резонансная частота эталонного образца, а I - соответствующая резонансная кривая, характеризующая изменение амплитуды колебаний образца при изменении частоты возбуждения. При возбуждении образца на частоте£раБ) вблизи которой наблюдается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от частоты, амплитуда колебаний будет равна . Если теперь провести нагрев одной стороны образца, то в результате изменения температуры эталонного образца и соответствующего изменения модуля упругости материала резонансная частота эталонного образца изменится и станет равной некоторому новому значению £р^ , а соответствующая резонансная кривая будет иметь вид II.Let £ p ^ be the resonance frequency of the reference sample, and let I be the corresponding resonance curve characterizing the change in the amplitude of the sample oscillations with a change in the excitation frequency. When a sample is excited at a frequency £ p aB) near which the strongest dependence of the amplitude of the resonant oscillations on the frequency is observed, the amplitude of the oscillations will be equal. If we now heat one side of the sample, then as a result of a change in the temperature of the reference sample and a corresponding change in the modulus of elasticity of the material, the resonant frequency of the reference sample will change and become equal to some new value £ p ^, and the corresponding resonance curve will have the form II.
При неизменных прочих условиях амплитуда ;колебаний образца примет новое значение . При правильном выборе рабочей частоты £ рС)5 на участке, где наблюдается наиболее сильная зависимость амплитуды резонансных колебаний от частоты, изменение амплитуды ΔΑ= =А^—будет линейно связано с изменением резонансной частоты эталонного образца Δ £р = fр - £р^ . В случае отклонения рабочей частоты от указанного участка связь между изменением резонансной частоты и амплитуды будет нелинейной. В свою очередь, изменение резонансной частоты эталонного образца линейно зависит от изменения температуры АТ, ввиду малости ΔΤ . Поэтому изменение амплитуды колебаний эталонного образца будет происходить по такому же закону, что и изменение Δ.Τ A A -Conste -ΦΙ'Κί . Таким образом, определяя изменение во времени амплитуды ультразвуковых колебаний эталонного образца, можно рассчитывать 5 температуропроводность исследуемого об—' разца по формуле дТдД =сопвБ е-4'' *t.Under other conditions, the amplitude; the oscillations of the sample will take on a new value. With the right choice of the operating frequency £ pC) 5 in the area where the most pronounced dependence of the amplitude of the resonant oscillations on the frequency is observed, the change in the amplitude ΔΑ = A ^ - will be linearly related to the change in the resonant frequency of the reference sample Δ £ p = fp - £ p ^. If the operating frequency deviates from the indicated section, the relationship between the change in the resonant frequency and amplitude will be nonlinear. In turn, the change in the resonant frequency of the reference sample linearly depends on the change in temperature AT, due to the smallness of ΔΤ. Therefore, the change in the amplitude of oscillations of the reference sample will occur according to the same law as the change in Δ.Τ AA -Conste -ΦΙ'Κί. Thus, by determining the time variation of amplitude of ultrasonic oscillation of the reference sample, we can calculate the thermal diffusivity of the test ob- 5 'samples were dTdD formula e = sopvB -4' '* t.
Сигнал высокой частоты от генераторов -5 или 6(см. фиг. 3) частота которого измеряется частотомером 7, подает- 10 ся на пьезопреобразователь 8, где преобразуется в механические колебания, Через звукопровоц 9 механические колебания передаются системе исследуемого 10 и эталонного 11 образцов, механически со— 15 уединенных с помощью пружинящего элемента 12. Колебания эталонного образца через звукопровод 13 передаются пьезопреобразователю- 14, где преобразуются в электрический сигнал. Импульс- 2о ный нагрев системы образцов осуществляют с помощью лампы-вспышки 15. Электрический сигнал с преобразователя усиливается усилителем 16, фильтруется фильтром 17 и наблюдается на экране 2$ осциллографа 18. Низкочастотная составляющая сигнала, соответствующая процессу изменения амплитуды колебаний эталонного образца в результате нагрева, выделяется с помощью детектора 19 и выводится на ленту самописца 20. Для исключения влияния исследуемого образца на ультразвуковые колебания эталонного образца сцепление между ними осуществ—. ляюг с незначительными усилиями (^ 310 Г/см^), кроме того, используют ради-35 альные типы колебаний эталонного образца. При указанных условиях погрешность определения температуропроводности сос~ тавляет<у 5—6%:The high-frequency signal from the generators -5 or 6 (see Fig. 3) whose frequency is measured by the frequency meter 7, is supplied 10 to the piezoelectric transducer 8, where it is converted into mechanical vibrations. Mechanical sound vibrations are transmitted through sound transducer 9 to the system of the test 10 and the reference 11 samples, mechanically co-15 secluded with the help of a spring element 12. Oscillations of the reference sample through the sound pipe 13 are transmitted to the piezoelectric transducer-14, where they are converted into an electrical signal. 2 to pulse heating of the samples is performed using the system of the flash lamp 15. The electrical signal from the transducer is amplified by amplifier 16, filtered by a filter 17 and is observed on the screen 2 $ oscilloscope 18. The low-frequency signal component corresponding to the process changes the oscillation amplitude reference sample by heating , is extracted using the detector 19 and displayed on the tape recorder 20. To exclude the influence of the test sample on the ultrasonic vibrations of the reference sample, coupling between them is carried out—. with slight efforts (^ 310 G / cm ^), in addition, they use radial-35 types of oscillations of the reference sample. Under these conditions, the error in determining the thermal diffusivity is <5–6%:
Измерения, проведенные на известных 4® образцах из резины, текстолита и фторопласта совпали с известными данными в пределах погрешности измерений.The measurements carried out on known 4 ® samples of rubber, textolite and fluoroplastic coincided with the known data within the measurement error.
Применение эталонного образца для определения температуропроводности ма- 45 териалов с большим коэффициентом затухания ультразвуковых колебаний позволя ет повысить точность ультразвуковых измерений в 5—10 раз надежность получаемых результатов.Use of a reference sample to determine the thermal diffusivity Ma- materials under 45 with a high coefficient of damping ultrasonic vibrations allows to increase the accuracy of ultrasound measurements in 5-10 times the reliability of the results.
Применение способа позволяет проводить измерения температуропроводности малых образцов материала простой формы (пластины толщиной 2—4 мм, диаметром ^10—60 мм) в различных условиях эксперимента.The application of the method allows measurements of the thermal diffusivity of small samples of a simple-shaped material (plates with a thickness of 2-4 mm, diameter ^ 10-60 mm) under various experimental conditions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU792787565A SU782494A1 (en) | 1979-06-25 | 1979-06-25 | Method for measuring temperature conductivity of materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU792787565A SU782494A1 (en) | 1979-06-25 | 1979-06-25 | Method for measuring temperature conductivity of materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU782494A1 true SU782494A1 (en) | 1982-01-23 |
Family
ID=20836913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU792787565A SU782494A1 (en) | 1979-06-25 | 1979-06-25 | Method for measuring temperature conductivity of materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU782494A1 (en) |
-
1979
- 1979-06-25 SU SU792787565A patent/SU782494A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Freemantle et al. | Combined compression and shear wave ultrasonic measurements on curing adhesive | |
JP4535872B2 (en) | Non-invasive characterization of flowing multiphase fluids using ultrasonic interferometry | |
Kaatze et al. | Acoustical absorption spectroscopy of liquids between 0.15 and 3000 MHz. I. High resolution ultrasonic resonator method | |
US9586234B2 (en) | High temperature ultrasonic probe and pulse-echo probe mounting fixture for testing and blind alignment on steam pipes | |
US11982648B2 (en) | Active waveguide excitation and compensation | |
US2536111A (en) | Dew point hygrometer | |
Goujon et al. | Behaviour of acoustic emission sensors using broadband calibration techniques | |
JPS5847026B2 (en) | How to calibrate acoustic radiation transducers | |
US3960004A (en) | Method for measuring impedance | |
Higo et al. | The general problems of AE sensors | |
Lonsdale | Dynamic rotary torque measurement using surface acoustic waves | |
Huelsz et al. | Temperature measurements inside the oscillatory boundary layer produced by acoustic waves | |
SU782494A1 (en) | Method for measuring temperature conductivity of materials | |
van Deventer et al. | Thermostatic and dynamic performance of an ultrasonic density probe | |
Theobald et al. | Acoustic emission transducers—development of a facility for traceable out-of-plane displacement calibration | |
US2960862A (en) | Elastometer | |
Zorębski et al. | Ultrasonic absorption measurements by means of a megahertz–range measuring set | |
WO2003087780A1 (en) | Improved non-destructive evaluation method employing dielectric electrostatic ultrasonic transducers | |
WO2001061312A1 (en) | Method of determining viscosity | |
SU1030685A1 (en) | Method and device for dynamic graduation of pressure converter in impact pipe | |
RU2104515C1 (en) | Method of determination of phase transition boundaries in polymers | |
Kaatze et al. | High-Q plano-concave resonator with and without Straubel quartz for ultrasonic absorption measurements of liquids | |
SU879452A1 (en) | Method of object non-destructive testing | |
Carbol et al. | Measurement of material properties using deterministic white noise | |
RU1781596C (en) | Ultrasound method of checking of nondispersed media |