b1,

oC

1

0,5

0

Рис. 3.4. Зависимость b1i = f (z) (б), построенная по термограмме, зафиксированной на изделии из Ф4К20, z = ln(τ)

3.3. Калибровка измерительной системы

Аналитическое выражение, описывающее тепловой процесс в цилиндрическом полупространстве от действия линейного источника тепла, не учитывает ряд факторов: термическое сопротивление в плоскости контакта измерительного зонда с исследуемым изделием, неполное соответствие граничных условий дифференциального уравнения теплопроводности реальному тепловому процессу. Трудно поддаются теоретическому описанию оттоки тепла через соединительные провода нагревателя и термоэлектрических преобразователей. Поэтому цель проведения калибровочных экспериментов − определение постоянных ИЗ α и β (2.19, 2.20). Для проведения калибровки ИС используется эталонный образец из материала с известными ТФС, Порядок выполнения калибровки.

1.В эталонном образце и зонде создается равномерное нулевое начальное распределение температуры (термостатирование).

2.Выполняется нагрев образца. На термограмме определяется

рабочий участок и рассчитываются коэффициенты b0o и b1o. Зависимо-

сти (2.21)−(2.22).

3. Расчет постоянных ИС по формулам (2.21)−(2.22).

39

3.4.Алгоритм контроля за ходом эксперимента

иобработка экспериментальных данных

ИС реализует алгоритмы определения ТФС, контроля температурных характеристик структурных переходов в ПМ, управления режимами эксперимента.

Алгоритм контроля за ходом эксперимента и обработка экспериментальных данных осуществляется согласно схеме, представленной на рис. 3.5. Основные операции выделены укрупненными блоками: A, B, C, D, E, F. На рисунках 3.6 − 3.10 приведены подробные схемы блоков. Разработанные алгоритмическое и программное обеспечения позволяют существенно облегчить работу оператора ИС при проведении эксперимента и при обработке полученных данных. Применение нескольких независимых методов обработки экспериментальных данных позволяет повысить достоверность полученных результатов исследования, увеличивает метрологическую надежность ИС.

Блок А. Активная стадия проведения эксперимента, которая включает: термостатирование, тепловое воздействие постоянной мощности на изделие, фиксирование температурных откликов, отключение нагревателя, контроль времени окончания измерения. Реализация алгоритма окончания эксперимента при переходе ИС от нормального функционирования к неустойчивому.

Блок В. Обработка экспериментальных данных при НК ТФС. Выделяются рабочие участки термограмм на основе статистического критерия Дарбина–Ватсона. По методу наименьших квадратов оцениваются параметры моделей, описывающих рабочий участок термограммы. Рассчитываются значения a, λ, c по четырем каналам. Определяются погрешности оценки параметров моделей. Осуществляется самоконтроль результатов. Организуются базы данных с термограммами и перечнем условий их получения.

Блок C. Обработка данных при НК переходов по модели цилиндрического полупространства. Строятся термограммы. Выделяются рабочие участки. Рассчитываются b1i , b0i , Ts . Строятся графики b1i = f (Ts), b0i = f (Ts), Sb21i = f (Ts), Sb20i = f (Ts), ST2 = f (Ts). Анализ тем-

пературных характеристик: формирование множества существенных отклонений информативных параметров термограммы; определение неслучайности некоторых наблюдений с использованием τ-критерия и критерия «трех сигм»; определение температурных характеристик структурных переходов.

40

Блок D. Обработка данных при НК структурных переходов по модели цилиндрического полупространства. Строятся графики. Выделяются рабочие участки. Рассчитываются а*, λ*, c*. Строятся графики а* = f (Ts), λ* = f (Ts), c* = f (Ts). Анализ построенных зависимостей.

Блок E. Обработка данных при НК структурных переходов. Строятся термограммы, графики V* = f (Ts), V* = f (τ). Анализ зависимостей.

Блок F. Определение вида перехода. Дифференцирование релаксационных и твердофазных переходов.

Блок А1 (рис. 3.7) Термостатирование, которое проводится для исключения систематической погрешности, связанной с неравномерностью начального температурного распределения в изделии и в материале подложки ИЗ. По окончании стадии включается нагреватель.

Блоки А2 – А5 соответствуют фиксированию термограмм с помощью четырех ТП на стадии нагрева и осуществлению контроля окончания II участка термограмм. Предусмотрена возможность прекращения эксперимента после окончания II участка по критерию, основанному на свойствах зависимости b1i = f (Ts ). На каждом шаге

фициентов, определяемых по формулам (2.26) − (2.28). При выполнении условия χi > χз , где χз − наперед заданное значение критерия,

в блоке А6 происходит либо выключение ИС, либо эксперимент продолжается. Так как в процессе эксперимента снимаются одновременно несколько термограмм и, соответственно, границы II участка на термограммах будут определяться на разных временны́х интервалах, то величину критерия χi необходимо вычислять для каждого ТП. При реализации алгоритма значение χз выбиралось из интервала 0,2…0,5.

В блоках 4 и 5 (рис. 3.5) оператор выбирает способ реализации метода НК. Первый способ предполагает фиксирование переходов

вПМ по аномалиям ТФС. Способ реализован в блоках 6 − 9. В блоке 6 проводится калибровка. Второй способ не требует проведения калибровки, и его реализация осуществляется по алгоритму, представленному

вблоке 10 (рис. 3.13). Фиксирование температуры переходов по ряду

параметров ( b1i , b0i , Sb21i , Sb20i , ST2 ), вычисляемых в блоке С.

41

42

Рис. 3.6. Схема алгоритма, реализуемого в блоке А

Рис. 3.7. Схема алгоритма, реализуемого в блоке А1

43