Delist.ru

Методы и средства неразрушающего теплового контроля температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерных материалах (15.09.2007)

Автор: Майникова Нина Филипповна

Строили прямые по k точкам термограммы, определяли скорости изменения температуры, которые относили к температуре середины каждого интервала Ts. 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 (в областях, в которых возможны структурные переходы, сопровождающиеся тепловыми эффектами).

Рис. 6 Значения V *= f(() (а) и V *= f(Ts) (б) изделия из ПТФЭ в точках,

расположенных на расстояниях 7 мм (1-4) и 9 мм (5-8) от центра нагревателя

Реализация метода может осуществляться одновременно с двумя вышеописанными методами.

Регистрация первой производной по времени от температуры, выражающей скорость (V *) изменения этой величины на кривой температурной зависимости, реализована ИИС с измерительными зондами, снабженными: а)  круглым плоским нагревателем постоянной мощности; б)  круглым плоским нагревателем, реализующим программным путем постоянную скорость нагрева в локальной области исследуемого изделия.

В пятой главе представлены результаты имитационного исследования, которое выполнялось с целью подтверждения основных идей, заложенных в разрабатываемые методы. Полученные данные позволяют определять диапазон температур, при которых возможна регистрация структурного перехода в ПМ, а также характер отклонений от аналитических моделей на графических зависимостях в случае проявления перехода.

По результатам ряда вычислительных экспериментов получены уравнения регрессии для определения значений температуры начала и середины рабочих участков в зависимости от ТФС ПМ и мощности нагревателя для ИЗ с различными подложками.

При переходе ИИС от нормального функционирования к неустойчивому применен экспресс-алгоритм, который позволяет максимально быстро определять (к – время окончания измерения.

В качестве примера на рис. 6 представлены результаты численного моделирования по третьему методу НК, проведенного при следующих условиях: исследуемый материал – ПТФЭ; подложка ИЗ – рипор; q = 10000 Вт/м2; Rпл = 4 мм; (( = 0,5 с; k = 5. Структурный переход задан при Т = 4...6 (С скачками теплоемкости: с = 1005 (1, 5), 2000 (2, 6), 4000 (3, 7), 6000 (4, 8) Дж/(кг·К). Определен характер отклонений от аналитических моделей (кривые 1, 5) на графических зависимостях в случае проявления структурного перехода (кривые 2 – 4 и 6 – 8).

На рис. 7 представлены зависимости (п=f (Foп), полученные при (п = 5 и (п = 0,7:

численным решением задачи (12) – (18) методом конечных элементов (точки);

1 – по (24); 2 – по (25); 3 – по (26). Значения Foп = Fo – Foнп соответствуют (п = ( – (нп . Представленные данные свидетельствуют о хорошем совпадении теоретических зависимостей (24) – (26) с результатами численного решения.

На рис. 8 представлены зависимости (п = f (Foп), полученные численным моделированием (точки) и по уравнению (26) (линии) при (п = 5 и (п = 0,45 (1); 0,5 (2); 0,55 (3); 0,6 (4); 0,65 (5); 0,7 (6); 0,75 (7); 0,8 (8); 0,85 (9); 0,9 (10).

Исследовано влияние теплового режима воздействия, теплоты ФП, ТФС на закон движения границы. Показано хорошее совпадение теоретических результатов с численными расчетами.

Рис. 7 Зависимости (п= f (Fo) полученные:

численным моделированием (точки);

1 – по (24); 2 – по (25); 3 – по (26)

Рис. 8 Зависимости (п= f (Fo):

численное моделирование (точки);

по (26) (линии)

В шестой главе представлены описания мобильных приборов и ИИС, реализующих разработанные методы, схемы используемых ИЗ, их конструктивные особенности.

Рис. 9 Структурная схема ИИС

с платой PСI-1202H

ИИС (рис. 9) состоит из персонального компьютера (ПК), измерительно-управляющей платы PCI-1202H, сменных измерительных зондов (ИЗ), регулируемого блока питания (БП). Зонд обеспечивает создание теплового воздействия на исследуемое изделие, фиксирование температуры в заданных точках контроля термоэлектрическими преобразователями (ТП). При измерениях ИЗ устанавливают контактной стороной на поверхность исследуемого изделия. Тепловое воздействие осуществляется с помощью нагревателя (Н), выполненного в виде диска и встроенного в подложку ИЗ. Мощность и длительность теплового воздействия БП задаются программно через интерфейс (И), контроллер К1, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Сигналы с ТП поступают через мультиплексор (П), усилитель (У), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буфер обмена (Б) и интерфейс (И) в ПК. Контроллер К2 обеспечивает необходимый порядок опроса каналов и различные диапазоны измерения на каждом из них. Сбор информации производится при нагреве и остывании исследуемого тела.

На рис. 10 представлена структурная схема ИИС, в состав которой помимо ПК и ИЗ входит микропроцессорное устройство (МПУ). Данную ИИС применяют в лабораторных и производственных условиях (без ПК). В состав ИИС 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 8-битного микропроцессора (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).

В качестве ПК в ИИС используется IВМ-совместимый компьютер. ПО включает системное (СПО), прикладное (ППО) и вспомогательное (ВПО) обеспечения.

Рис. 10 Структурная схема ИИС

с микропроцессорным устройством

ИИС реализует алгоритмы определения ТФС, контроля?температурно-временных характеристик структурных превращений в ПМ, управления режимами эксперимента. Алгоритм контроля за ходом эксперимента и обработка экспериментальных данных осуществляется согласно схеме, представленной на рис. 11. Основные операции выделены укрупненными блоками: A, B, C, D, E, F, G, H, K, L.

Блок А.  Осуществляется активная стадия проведения эксперимента, которая включает: термостатирование, тепловое воздействие постоянной мощности на исследуемое изделие, фиксирование температурных откликов, отключение нагревателя при оптимальной температуре, фиксирование температурных откликов на стадии остывания, контроль времени окончания измерения. Реализация алгоритма фиксирования неустановившегося режима работы ИИС.

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 II, IV и VII рабочие участки термограмм. Рассчитываются значения (, (, ( по трем каналам. Определяются погрешности оценки параметров моделей. Рассчитываются оценки погрешностей определения ТФС. Осуществляется самоконтроль результатов.

. Анализ построенных зависимостей.

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

. Анализ построенных зависимостей.

, а*. Строятся графики (*=f(Ts), (*=f(Ts), c*=f(Ts), а*=f(Ts). Анализ построенных зависимостей.

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

Блок H.  Осуществляется активная стадия эксперимента: термостатирование,

тепловое воздействие с постоянной скоростью нагрева, фиксирование температурных откликов, отключение нагревателя при заданной температуре, фиксирование температуры на стадии остывания, контроль времени окончания измерения.

Блок K.  Обработка экспериментальных данных при НК структурных переходов. Строятся термограммы, графики V *=f((), V *=f(Ts), W=f((), W=f(Ts), dW/d(=f((), dW/d(=f(Ts). Анализ построенных зависимостей.

Блок L.  Определение вида перехода (фазовый или релаксационный). Определение Тп , (п , коэффициентов к, m закона движения границы ФП.

загрузка...