Міністерство освіти і науки, молоді і спорту України

Івано-франківський національний технічний університет нафти і газу

Кафедра

Методів та приладів контролю якості і сертифікації продукції

Реферат

З дисципліни

Прилади неруйнуючого контролю і технічної діагностики

На тему «Термопари»

Виконав:

ст. гр. Гладкий Б. Я.

Перевірив:

асистент Криницький О.С.

Івано-Франківськ 2016

Зміст

1. Взаємозв'язок теплофізичних характеристик та параметрів контрольованих об'єктів

2. Нестаціонарні методи теплового контролю

3. Пасивні методи теплового контролю

4. Застосування теплових методів контролю

1. Взаємозв'язок теплофізичних характеристик та параметрів контрольованих об'єктів

Тепловий контроль включає визначення теплофізичних параметрів матеріалів, виявлення дефектів у багатошарових об'єктах, контроль стану внутрішніх джерел тепла. Носієм інформації про внутрішню структуру ОК служить тепловий потік. Для його виникнення в середовищі необхідна наявність температурного градієнта, що визначається першою похідною температури по нормалі до ізотермічної поверхні. Рівняння теплопровідності має такий вигляд:

q_п=-_Т grad T , (7.25)

де q_п – густина теплового потоку; _Т – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(мК), який характеризує здатність об’єкта контролю проводити тепло.

Теплопровідність газів або пари в основному обумовлена перенесенням кінетичної енергії руху молекул (_Т = 0,006...0,6 Вт/мК), у твердих тілах перенесенням енергії вільних електронів і коливаннями кристалічних граток. Для чистих металів значна доля теплопровідності визначається електронною складовою (_Т = 7...420 Вт/мК), для діелектриків – фотонною (_Т = 0,02...3 Вт/мК). Поширення тепла в рідинах відбувається за типом пружних коливань аналогічно поширенню звуку (_Т = 0,07...0,7 Вт/мК).

Співмножник grad T виражається через градієнт внутрішньої енергії тіла W_т:

grad T = (с_р_р)^-1 = grad W_т,

де с_р – питома теплоємність речовини об’єкта контролю, _р – густина речовини об’єкта контролю. Тоді рівняння теплопровідності можна представити у вигляді

q_п=-agradW_т,

де – коефіцієнт температуропровідності, що характеризує перенесення або дифузію внутрішньої енергії тіла.

Параметри a, _р, _р, визначають теплофізичні властивості тіл, їх здатність акумулювати і передавати теплову енергію і підлягають контролю на відповідність значенням, заданим нормативною документацією. Зміна цих параметрів у локальній області об'єму об'єкта контролю вважається дефектом, виявлення якого відноситься до задач дефектоскопії.

Температурне поле об'єкта контролю описується в загальному вигляді диференціальним рівнянням:

, (7.26)

де – оператор Лапласа; q_в – потужність внутрішнього джерела тепла, Вт/м³; t – час.

Для розв'язування рівняння (7.26) необхідно задати початковий розподіл температури Т(х,у,г,t=0) в ОК, його геометрію і зміни температури (густини потоків енергії) на границі розділу середовищ. Сукупність таких рішень Т(х,у,z,t)=f(а,_T,q_в) для об'єктів у вигляді пластини, циліндра, кулі і т.п. становить теоретичну базу теплового контролю. Вони пов'язують параметри об'єкта, які цікавлять дослідника, з температурним відгуком, виникаючим при впливі на об'єкт спеціально сформованим тепловим полем (імпульсним, ізотермічним, поверхневим, гармонічним і т.д.). Вид впливу лежить в основі класифікації методів контролю параметрів a, _р, _р, і теплової активності

,

де _р – щільність речовини.

Просторовий розподіл цих параметрів дозволяє вирішити питання про наявність або відсутність дефектів в ОК. Температурний відгук на тепловий вплив реєструється термочутливими давачами, введеними в середину ОК або встановленими на його поверхні. За такою схемою побудовано більшість відомих приладів для визначення теплофізичних параметрів.

Методи і засоби, в яких використовується випромінювання, мають меншу точність вимірювання. Однак безконтактний спосіб впливу на ОК і зчитування інформації відкриває можливість проведення контролю в процесі виробництва і експлуатації виробів, тобто дозволяє вирішити ряд нових задач, які набувають останнім часом все більшої актуальності. Деякі з існуючих методів цієї групи розглянуті нижче.

Розглянемо метод імпульсного впливу. Якщо в однорідному ізотропному середовищі з початковою температурою Т(х,0)=0 в площині уОz (рис. 7.9, а) сформувати миттєвий тепловий імпульс з енергетичною густиною q, то зміна температури в цьому середовищі описується відомим виразом:

. (7.27)

Із (7.27) виходить, що для визначення теплової активності  досить виміряти температуру в якому-небудь ізотермічному перерізі x₀ і провести необхідні обчислення.

Практичну реалізацію описаного методу проілюструємо на прикладі рис. 7.9, а. Об'єкт контролю (ОК) 1 вводиться в тепловий контакт з тілом 2 із відомими теплофізичними параметрами , , , і прозорим для випромінювання, наприклад в області 3...5 мкм. На короткий час вмикається джерело, яке генерує випромінювання в цьому діапазоні довжин хвиль.

а – схема реалізації теплових методів контролю, б – час встановлення постійної швидкості нагрівання ОК: 1 – ОК; 2 – зразковий об'єкт; 3 – нагріваюче випромінювання;

4 – власне випромінювання ОК

Рисунок 7.9 – Схематичне зображення способів контролю теплофізичних параметрів:

Випромінювання, пройшовши без послаблення через зразковий об’єкт, поглинається поверхнею ОК. Після вимкнення джерела, вимірюючи власне випромінювання ОК в діапазоні 3...5 мкм, визначається температура ОК:

, (7.28)

а через неї шукана теплова активність

, (7.29)

де q_C і q-q_C  густини потоків в зразку і досліджуваному тілі.

Ті ж результати можуть бути отримані і без зразкового тіла, якщо контроль проводиться при безперервному опроміненні поверхні ОК  метод впливу постійною потужністю. При роботі в режимі постійної потужності температура джерела в 2 рази і більше повинна перевищувати температуру поверхні ОК, оскільки густина потоку випромінювання

, (7.30)

де Т_ДЖ і Т_ОК  температура джерела і об'єкта контролю відповідно;  постійна Стефана-Больцмана.

У температурному полі, яке наводиться випромінюванням в ОК, виділяють декілька стадій, що визначаються значенням критерію Фур’є F₀=at/d: початкову (Fо<0,2); перехідну (Fо0,2); регулярну (0,2<Fо<0,5); квазістаціонарну (Fо>0,5). У інформаційному відношенні стадії не рівноцінні. Це потрібно враховувати при проектуванні систем контролю.

У найпростішому випадку, коли півпростір з рівномірною початковою температурою опромінюється потоком М_е(), температура поверхні ОК змінюється згідно закону

, (7.31)

де .

Тоді теплова активність

. (7.32)

Температура поверхні пластини товщиною 2d (рис. 7.9, а) з рівномірним початковим температурним полем, яка опромінюється з обох сторін постійними потоками, з різною густиною енергії при F_о>0,5 описується виразом:

, (7.33)

де Т₀(t)=Т(0,t_вс)+(q₁-q₂)(t-t_вс)/(2c_в_вd), t>t_вс; q₁ і q₂  густини теплових потоків, проникаючих через грані х= d, х = d; t_вс  час встановлення постійної швидкості розігрівання (рис. 7.9, в).

Розв'язок рівняння (7.28) дозволяє знайти перепад температур у пластині

, (7.34)

де b=(q₁-q₂)/(2c_в_вd). Відповідно до виразу (2.34) у встановленому режимі (t>t_вс) можна визначити значення коефіцієнта теплопровідності і питомої теплоємності:

, (7.35)

Якщо нагрівання пластини здійснюється тільки потоком q₁, а потік q₂=0, то враховуючи фундаментальне співвідношення _T =ac_в_в, отримуємо:

, (7.36)

, (7.37)

. (7.38)