Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №2 (61) февраль 2014 г.

Дата публикации: 04.02.2014

Статья просмотрена: 55 раз

Библиографическое описание:

Никулин С. С., Бородавкин Д. Г. Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах // Молодой ученый. — 2014. — №2. — С. 71-75. — URL https://moluch.ru/archive/61/9247/ (дата обращения: 20.10.2018).

Практическое использование полимерных материалов (ПМ) невозможно без глубокого изучения суперпозиций их состояний и переходов. Информация о структурных переходах в полимерах необходима, прежде всего, для назначения технологических режимов их переработки в изделия и последующей эксплуатации.

Известны способы неразрушающего контроля температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерных материалах, реализующие методы определения значений температуры превращения (перехода) по аномалиям теплофизических свойств (теплоемкости, тепловой активности, температуропроводности и теплопроводности) на узких температурном и временном интервалах [1–4].

Известные методы контроля теплофизических свойств предусматривают выделение на термограммах рабочих участков, которые достаточно точно описываются аналитическими зависимостями, полученными при решении краевых задач теплопроводности. Методы применены на моделях плоского и сферического распределения тепла в полупространстве [5, 6].

Возможна регистрация структурных переходов в ПМ также по аномалиям на зависимостях скорости изменения температуры от времени или температуры эксперимента в нескольких точках контроля при нагреве и остывании системы зонд — исследуемое тело [7, 8]. Разработанное программное обеспечение позволяет выделять рабочие участки на экспериментально снятых термограммах, оценивать скорости изменения температуры в любой момент времени, дифференцировать фазовые и релаксационные переходы в ПМ.

Измерительная система (ИС), реализующая метод, состоит из персонального компьютера 12, встраиваемой в компьютер измерительно-управляющей платы PCI-1202H, измерительного зонда (ИЗ), регулируемого блока питания 9 (рис. 1).

При измерениях ИЗ устанавливают контактной стороной на поверхность исследуемого изделия. Тепловое воздействие постоянной мощности осуществляется с помощью нагревателя 1, выполненного в виде диска и встроенного в ИЗ. Мощность и длительность теплового воздействия задаются программно через интерфейс 11, контроллер 10, цифро-аналоговый преобразователь 8, регулируемый блок питания 9. Распределение температуры на поверхности исследуемого тела контролируется несколькими термопарами одновременно (рис. 2).

Рис. 1. Структурная схема измерительной системы: 1 — нагреватель, 2 — термопара, 3 — мультиплексор, 4 — усилитель, 5 — АЦП, 6 — буфер обмена FIFO, 7 — контроллер “Magic Scan”, 8 — ЦАП, 9 — блок управления нагревом, 10 — контроллер, 11 — интерфейс, 12 — ПК

Рис. 2. Измерительная схема метода

Фиксируется температура в центре нагревателя и на расстояниях от центра в плоскости контакта подложки ИЗиисследуемого тела. Сигналы с термопар поступают через мультиплексор 3 (рис 1), усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, буфер обмена 6 и интерфейс 11 в 12. Контроллер 7 обеспечивает необходимый порядок опроса каналов и различные диапазоны измерения на каждом из них. Сбор информации производится как при нагреве, так и при остывании исследуемого тела.

На рис. 3, а представлены экспериментальные термограммы, снятые на изделии из политетрафторэтилена (ПТФЭ). ПТФЭ претерпевает полиморфные превращения при температурах, далеких от области плавления. При температуре ниже 19,6 ºС элементарная ячейка ПТФЭ имеет триклиническую структуру. В интервале от 19,6 ºС до 30 ºС существует гексагональная элементарная ячейка, выше 30 ºС стабильной становится псевдогексагональная решетка. Теплоты переходов составляют соответственно: 4,0±0,5 кДж/кг и 1,2±0,5 кДж/кг.

а)                                  б)

Рис. 3. Термограммы для изделия из ПТФЭ, зафиксированные: 1 — в центре зонда; 2, 3 — на расстояниях 7 и 9 мм от центра (а) и скорость нагрева в точке контроля, расположенной на расстоянии 9 мм от центра, отнесенная к температуре точки (б).

Фиксирование термограмм осуществлялось при следующих условиях: начальная температура опыта 17,8 °С; радиус нагревателя 4 мм; мощность на нагревателе 1,45 Вт; временной шаг измерения температуры 0,5 с; материал подложки зонда — Рипор; толщина подложки 20 мм.

На рис. 3, б зафиксированы твердофазные превращения в ПТФЭ при 19,6 °С и 30 °С. Твердофазный переход при 19,6 °С проявился ступенькой, а при 30 °С — изломом кривой V=f(T).

Для демонстрации работоспособности разработанных устройства и реализуемого им способа был проведен теплофизический эксперимент на изделии из ПТФЭ при различных значениях мощности, подаваемой на нагреватель.

На рис. 4 зафиксированы значения скоростей нагрева в точках контроля, расположенных на расстояниях 7 и 9 мм от центра ИЗ.

а)

б)

Рис. 4. Скорости нагрева изделия из политетрафторэтилена ПТФЭ в точках, расположенных на расстояниях 7 мм (а) и 9 мм (б) от центра нагревателя. Значения мощности, подаваемой на нагреватель: 1–0,35 Вт; 2–0,5 Вт; 3–0,68 Вт; 4–0,89 Вт; 5–1,13 Вт; 6 –1,68 Вт; 7–2 Вт.

Таким образом, возможна реализация метода неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах. Метод основан на регистрации первой производной по времени от основной величины — температуры в нескольких точках контроля исследуемого полимерного тела в динамических температурных режимах при нагреве и остывании. Таким образом, удалось повысить чувствительность измерений и получить запись в “спектральной форме”, т. е. в виде пиков в тех температурно-временных областях, где обнаруживаются различия в значениях “структурочувствительных” свойств объектов исследования. Для полимерных материалов это осуществимо в областях, в которых возможны структурные переходы, сопровождающиеся тепловыми эффектами.

Литература:

1.         Жуков Н. П., Майникова Н. Ф., Муромцев Ю. Л., Рогов И. В., Орлов В. В. Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов // Патент на изобретение RUS № 2167412 22.02.199.

2.         Жуков Н. П., Рогов И. В., Чех А. С., Никулин С. С., Майникова Н. Ф. Способ неразрушающего определения теплофизических свойств твердых материалов // Патент на изобретение RUS № 2328725 17.11.2006.

3.         Майникова, Н. Ф. Об одном методе термического анализа для неразрушающего контроля теплофизических свойств полимеров / Н. Ф. Майникова, Ю. Л. Муромцев, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Пластические массы. — 2001. — № 1. — С. 30–33.

4.         Майникова, Н. Ф. Об одном методе исследования твердофазных переходов в полимерах / Н. Ф. Майникова, Ю. Л. Муромцев, Н. П. Жуков, А. А. Балашов // Пластические массы. — 2002. — № 6. — С. 23–26.

5.         Жуков, Н. П. Моделирование процесса теплопереноса от плоского источника тепла постоянной мощности при теплофизических измерениях / Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова // Инженерно-физический журнал. — 2005. — Т.78, № 6. — С. 56–63.

6.         Майникова, Н. Ф. Определение условий адекватности модели распространения тепла в плоском полупространстве реальному процессу при теплофизическом контроле / Н. Ф. Майникова, Н. П. Жуков, А. А. Балашов, С. С. Никулин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 2006. — Т. 12, № 3–1. — С. 610–618.

7.         Никулин, С. С. Метод и измерительная система неразрушающего теплового контроля структурных переходов в полимерных материалах: дис.... канд. техн. наук: 05.11.13 / С. С. Никулин. — Тамбов, 2007. — 187 с.

8.         Бородавкин, Д. Г. Метод и измерительная система неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерных материалах: дис.... канд. техн. наук: 05.11.13 / Д. Г. Бородавкин. — Тамбов, 2012. — 159 с.

Основные термины (генерируются автоматически): исследуемое тело, измерительная система, FIFO, буфер обмена, центр нагревателя, регулируемый блок питания, переход, материал, расстояние, температура.


Похожие статьи

Измерительная система неразрушающего теплового контроля...

Рис. 1. Измерительная схема ИС. Исследуемое тело представляет собой конструкцию, состоящую из двух слоев: первый — низкотеплопроводный; второй

ОУ поддерживает на выходе блока питания напряжение, равное напряжению регулирующего сигнала.

Исследование температурных полей в методе неразрушающего...

Методы реализуются с помощью измерительных систем (ИС) [4–6].

Теплофизические свойства материалов. Метка блока.

Контролировали температуру в точках, расположенных на оси нагревателя: на границе раздела подложка зонда — теплоизоляционное покрытие...

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы: Iизмерительная ячейка; II

регулирования мощности на нагревателе и модулем регулирования температуры

Стабилизированный источник постоянного тока VII предназначен для питания схем блока...

Оптимизация конструкции измерительного устройства...

При температуре T = Tп материал 1 имеет фазовый переход (ФП), сопровождающийся тепловым эффектом .

где τ — время, с; х — координата, м; х´ — расстояние от центра измерительного зонда до середины нагревателя, м; λ — теплопроводность, Вт/м∙ºС; а...

Определение температурных зависимостей теплопроводности...

Исследования температурных зависимостей теплопроводности отвержденных эпоксидных материалов проводили на измерительной системе

основания; C — питание нагревателя оболочки; D — сигнал от датчика температуры основания; E — питание блока питания и...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

Такой нагреватель создает равномерный тепловой поток вдоль тела термистора, который остается постоянным во время измерения.

Максимальное расстояние от расходомера до вторичного прибора, м. 200. Параметры питания: напряжение (стабилизированное), В.

Контроль температуры зерна в СВЧ камере | Статья в сборнике...

Проблема заключается в том, что измерение температуры материала должно проводиться

Процедура же ввода термопар в исследуемый слой после прекращения действия СВЧ

Кроме того, практически невозможно измерить разность температур центра и поверхности зерновки .

Графики регулирования тепловой нагрузки централизованных...

Ключевые слова: система централизованного теплоснабжения, тепловая сеть, график центрального регулирования.

4) Не определена температура обратной воды 2; определение требует исследования режимов ТП. 5) Требуемый расход Gdo больше, чем при...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Так же , поэтому конечная температура нефти в трубопроводе определяется выбором параметров I и f источника питания.

где с1, с2, с3 — удельная теплоемкость материала индукционно-резистивном нагревателя, материала нефтепровода и нефти соответственно...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Измерительная система неразрушающего теплового контроля...

Рис. 1. Измерительная схема ИС. Исследуемое тело представляет собой конструкцию, состоящую из двух слоев: первый — низкотеплопроводный; второй

ОУ поддерживает на выходе блока питания напряжение, равное напряжению регулирующего сигнала.

Исследование температурных полей в методе неразрушающего...

Методы реализуются с помощью измерительных систем (ИС) [4–6].

Теплофизические свойства материалов. Метка блока.

Контролировали температуру в точках, расположенных на оси нагревателя: на границе раздела подложка зонда — теплоизоляционное покрытие...

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы: Iизмерительная ячейка; II

регулирования мощности на нагревателе и модулем регулирования температуры

Стабилизированный источник постоянного тока VII предназначен для питания схем блока...

Оптимизация конструкции измерительного устройства...

При температуре T = Tп материал 1 имеет фазовый переход (ФП), сопровождающийся тепловым эффектом .

где τ — время, с; х — координата, м; х´ — расстояние от центра измерительного зонда до середины нагревателя, м; λ — теплопроводность, Вт/м∙ºС; а...

Определение температурных зависимостей теплопроводности...

Исследования температурных зависимостей теплопроводности отвержденных эпоксидных материалов проводили на измерительной системе

основания; C — питание нагревателя оболочки; D — сигнал от датчика температуры основания; E — питание блока питания и...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

Такой нагреватель создает равномерный тепловой поток вдоль тела термистора, который остается постоянным во время измерения.

Максимальное расстояние от расходомера до вторичного прибора, м. 200. Параметры питания: напряжение (стабилизированное), В.

Контроль температуры зерна в СВЧ камере | Статья в сборнике...

Проблема заключается в том, что измерение температуры материала должно проводиться

Процедура же ввода термопар в исследуемый слой после прекращения действия СВЧ

Кроме того, практически невозможно измерить разность температур центра и поверхности зерновки .

Графики регулирования тепловой нагрузки централизованных...

Ключевые слова: система централизованного теплоснабжения, тепловая сеть, график центрального регулирования.

4) Не определена температура обратной воды 2; определение требует исследования режимов ТП. 5) Требуемый расход Gdo больше, чем при...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Так же , поэтому конечная температура нефти в трубопроводе определяется выбором параметров I и f источника питания.

где с1, с2, с3 — удельная теплоемкость материала индукционно-резистивном нагревателя, материала нефтепровода и нефти соответственно...

Задать вопрос