2.3. Выводы по главе 2
1. Использована математическая модель теплопереноса при НК двухслойных изделий. Метод контроля предусматривает тепловое воздействие на поверхность исследуемого двухслойного тела от локального нагревателя постоянной мощности, фиксирование температурных откликов и обработку термограмм.
2. Сформулирована и решена краевая задача теплопроводности, применительно к двухслойной системе: полимерное покрытие – металл. Исследована математическая модель метода, позволяющая определять толщину слоя полимерного покрытия по температурным откликам на тепловое воздействие от источника тепла, действующего на поверхность двухслойного тела.
3. Измерительная система, реализующая метод неразрушающего контроля
3.1. Описание принципиальной схемы и аппаратного исполнения измерительной системы
На рисунке 3.1 представлена структурная схема ИС, в состав которой помимо ПК и ИЗ входит микропроцессорное устройство (МПУ). Данную ИС применяют в лабораторных и производственных условиях (без ПК). В состав ИС входят: измерительно-вычислительное устройство (ИВУ), персональный компьютер (ПК), периферийные устройства (ПУ), программное обеспечение (ПО). ИВУ включает в себя: ИЗ, блок усилителей (БУ) и МПУ. МПУ реализовано на базе 12-битного микро-процессора (М) с тактовой частотой 11 МГц. В состав МПУ входит: АЦП, интерфейс (И), память, набор аналоговых, цифровых и релейных портов, блок питания и управления нагревом (БП), микропроцессорное устройство (МПУ), реализованное на базе одноплатной системы Zila – 1000. Микропроцессорное устройство реализует алгоритмы контроля, ведет управление режимами эксперимента и осуществляет передачу необходимой информации в ПК [2, 18, 37].
Рисунок 3.1 – Структурная схема ИС
В качестве ПК в ИС используется IВМ-совместимый компьютер. ПО включает системное (СПО), прикладное (ППО) и вспомогательное (ВПО) обеспечения.
ИС реализует алгоритмы определения ТФС, управления режимами эксперимента [18, 42].
3.2. Конструкция измерительного зонда
ИЗ с круглым плоским нагревателем (рисунок 3.2). Зонд состоит из двух основных узлов: из ячейки 1 и корпуса 2. Ячейка, в свою очередь, состоит из основания 3, разъема 9. С контактной стороны ячейки на поверхности теплоизолятора 4 размещены микротермопары 6, сваренных встык. Нагреватель 5 изготовлен в виде диска. Разъем 9 предназначен для коммутации сенсора с измерительно-управляющей платой. Между ячейкой и крышкой 10 корпуса расположена пружина 8, которая обеспечивает одинаковое усилие прижима ячейки к поверхности исследуемого изделия, что обуславливает равенство контактных тепловых сопротивлений при каждом измерении.
Рисунок 3.2 – Схема измерительного зонда
После выравнивания температуры исследуемого изделия и подложки зонда, через нагреватель в течение заданного времени протекает ток, что обеспечивает нагрев исследуемого изделия [18, 39].
Разностные ЭДС, полученные на зажимах микротермопар 6, поступают в усилитель ZET 410, а уже усиленные сигналы – на вход измерительно-управляющей платы.
3.3. Порядок осуществления измерительных операций
При практическом использовании рассматриваемого метода измерительные операции осуществляют в следующем порядке.
1. Калибровка ИС.
2. ИЗ устанавливают контактной стороной на поверхность исследуемого двухслойного объекта. Для уменьшения влияния контактных термических сопротивлений необходимо обеспечить постоянную силу прижатия ИЗ к объекту исследования, для чего ИЗ снабжен пружиной.
3. Систему необходимо некоторое время выдержать при одинаковой температуре для выравнивания температуры исследуемого объекта и измерительного зонда.
4. В момент времени, соответствующий началу активной стадии эксперимента, на нагреватель подают постоянную электрическую мощность, что позволяет с достаточной точностью задать постоянную во времени величину теплового потока q = const.
5. На протяжении всей активной стадии эксперимента выполняют измерения во времени значений температуры в точке контроля нагревателя и значений электрической мощности.
6. Выделяют рабочий участок и определяют его продолжительность.
Рабочий участок термограммы характеризуется регуляризацией тепловых потоков.
7. После завершения активной части эксперимента выключают нагреватель и производят обработку полученных данных.
8. Производят вычисление коэффициентов модели, описывающей термограмму на рабочем участке.
9. Определяют h1 по соотношениям, полученным в результате анализа математической модели объекта исследования.