Способ контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий. Заявлен способ контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин реализуется следующим образом. Образец контролируемого изделия в форме пластины и плоский нагреватель размещают в объеме, где требуется осуществлять поглощение компонента газовоздушной смеси. В процессе поглощения компонента изделие нагревается. Бесконтактным методом измеряется разность среднеинтегральных температур поверхностей изделия и нагревателя. Непрерывно регулируют напряжение питания нагревателя таким образом, что абсолютное значение измеряемой разности температур не превышает заданного значения. Степень исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий определяют по формуле способа. Технический результат - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин за счет исключения необходимости определения коэффициента теплоотдачи на поверхности контролируемого изделия. 2 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий.

Известен способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля (Патент РФ N 2315983, МПК G01N 25/00). Способ включает нагрев изделия, его последующее охлаждение рабочей средой, в качестве которой используют смесь газа и жидкости, измерение температуры изделия и определение темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия.

Недостатками способа являются трудоемкость и энергоемкость, невозможность определения степени исчерпания защитных свойств изделия.

Известен способ автоматизированного неразрушающего контроля защитных свойств фильтрующе-поглощающих систем (Патент РФ № 2419783, МПК G01N25/48). Способ включает измерение температуры, контроль теплового эффекта процесса сорбции при поглощении углеродными сорбентами газовоздушной смеси с эталонными веществами в динамических условиях, регистрацию изменения температуры поверхности сорбента при прохождении через него газовоздушной смеси с поглощаемым компонентом. О защитных свойствах косвенно судят по времени от начала продувки до достижения начальной температуры.

К недостаткам способа относятся необходимость использования эталонных веществ, необходимость формирования цилиндрического слоя вещества в динамической трубке, что делает невозможным контроль изделий, содержащих сорбент в форме пластины.

Наиболее близким техническим решением является способ неразрушающего контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий (Патент РФ № 2561014, МПК G01N25/48). Способ включает бесконтактное измерение температур, контроль теплового эффекта сорбции, определение коэффициента теплоотдачи на поверхности сорбента, омываемой газовоздушной смесью, содержащей поглощаемый компонент, определение мощности источников теплоты сорбции и скорости сорбции.

К недостаткам способа относится необходимость экспериментально определять коэффициент теплоотдачи на поверхности пластины и использовать его в расчетной формуле для определения степени исчерпания защитных свойств изделия. При этом результат определения коэффициента теплоотдачи содержит большую случайную относительную погрешность измерения, что обусловливает невысокую точность определения защитных свойств изделий.

Техническая задача изобретения - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин.

Данная техническая задача решается тем, что контролируют разность температур поверхности образца фильтрующе-поглощающего изделия в форме пластины и поверхности плоского нагревателя, размещенных в одинаковых условиях теплообмена, предусматривающих, что их поверхности омываются газовоздушным потоком, содержащим поглощаемый компонент. В результате экзотермической реакции сорбции фильтрующе-поглощающая пластина нагревается. При этом регулируют напряжение питания нагревателя так, чтобы контролируемая разность температур находилась в заданном диапазоне значений ±0,5 °С. Степень исчерпания защитных свойств изделия определяют по формуле

(1)

где U - напряжение питания нагревателя;

- поправочный коэффициент, учитывающий отклонение свойств и геометрических размеров образца сорбента от нагревателя; KR=Rо/Rн - отношение ½ толщины образца к ½ толщины нагревателя; ан - температуропроводность нагревателя; i - индекс, обозначающий текущий момент времени контроля; max - индекс, обозначающий максимальное значение соответствующего параметра за период с начала контроля и до i-го момента включительно.

Расчетная формула (1) получена следующим образом. Разобьем весь интервал времени работы контролируемого изделия на n промежутков, в каждом из которых можно допустить постоянство мощности источников тепла, действующих в пластине фильтрующе-поглощающего изделия и в нагревателе. Рассматриваем случай, когда толщина изделия и нагревателя не менее чем в 5 раз меньше их линейных размеров. Тогда изделие и нагреватель можно считать неограниченными пластинами, т.е. поле температур будет зависеть только от толщины пластины. Уравнение температурного поля неограниченной пластины с граничными условиями третьего рода и с источниками тепла постоянной мощности имеет вид

, (2)

где , T0, Tc - температура пластины, начальная температура, температура среды, соответственно; x, - пространственная координата и время, соответственно; R - половина толщины пластины; ; w - объемная мощность источников тепла, действующих в пластине; - теплопроводность пластины; Bi - число Био, характеризующее условия теплообмена на поверхности пластины; ; a - температуропроводность пластины; - корни уравнения ; An - характеристические амплитуды.

При Bi<0,1, что характерно для условий работы фильтрующе-поглощающих изделий, амплитуда A1=1, A2=-0,002 A1, т.е. можно пренебречь всеми членами ряда (2) кроме первого. Для малых Bi можно без существенной потери точности заменить tg на . В этом случае характеристическое уравнение примет вид Bi=. Поскольку метод предполагает измерение температуры поверхности пластины, то x=R. С учетом этого, обозначив T - температура на поверхности пластины, из (2) получим уравнения температурных полей поверхности фильтрующе-поглощающего изделия и нагревателя

,

,

где индексы и, н относятся к изделию и нагревателю, соответственно.

Поскольку условия теплообмена на поверхности изделия и нагревателя одинаковы, то коэффициенты теплоотдачи α равны. Тогда или , где , KR =Rи/Rн – коэффициенты, учитывающие отклонение теплопроводности и геометрических размеров изделия от нагревателя, соответственно. Числа Померанцева для изделия и нагревателя связаны между собой следующим соотношением , где – коэффициент, учитывающий отклонение объемной мощности источников тепла изделия и нагревателя. Числа Фурье для изделия и нагревателя связаны между собой уравнением при равенстве температуропроводностей изделия и нагревателя. С учетом записанных выражений и равенства температур поверхности изделия и нагревателя , получим

Из численного решения последнего уравнения при: KR (1; 2] – толщина изделия не превышает двух толщин нагревателя; Biн[0, 0.05];

Foн[0,0001; 0,5] – рассматриваем малый промежуток времени; [0,9;1,1] – допускаем, что теплофизические свойства нагревателя и изделия близки; получим .

В каждый i-й момент времени скорость сорбции компонента газовой смеси пропорциональна мощности источников теплоты, действующих в изделии, т.е. , где – суммарный тепловой эффект поглощения газового компонента; – плотность газового компонента; – текущее поглощение (содержание) поглощаемого компонента в единице объема изделия. Поэтому степень исчерпания защитных свойств изделия будем характеризовать величиной , где – максимальная мощность источников тепла в изделии, соответствующая максимальной скорости сорбции поглощаемого компонента. Последнее выражение, с учетом Kw можно записать в виде , где объемная мощность источников тепла нагревателя может быть вычислена через его напряжение U, сопротивление rн, объем Vн по формуле. С учетом которой, выражение для степени исчерпания защитных свойств примет вид

Обозначив , , из последней формулы получим (1).

Способ контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин реализуется следующим образом.

Образец 1 на фиг.1 контролируемого изделия и нагреватель 2 размещают в герметичной камере 3 или условно-герметичном помещении (имеется в виду, что в помещении или камере создается подпор, предотвращающий попадание наружного воздуха в объем), где требуется осуществлять адсорбцию (хемосорбцию) компонента газовоздушной смеси. Камера 3 представляет объем идеального смешения, в котором концентрация поглощаемого компонента одинакова по всему объему. При этом для предотвращения образования застойных зон и неравномерного распределения концентрации компонента используют один или несколько вентиляторов 4, размещая их таким образом, чтобы условия теплообмена на поверхности изделия 1 и нагревателя 2 были одинаковыми. В процессе поглощения компонента газовой смеси изделием, последнее нагревается. При этом бесконтактным методом посредством тепловизора 5 на фиг.1 измеряется разность между среднеинтегральной (средней по площади изделия) температурой Tи поверхности изделия и среднеинтегральной температурой Tн нагревателя. Измеренная разность температур поступает в компьютер 6, который формирует сигнал управления на модуле вывода 7 и изменяет напряжение Ui нагревателя через устройство вывода 8 с использованием широтно-импульсной модуляции и напряжения U (от блока питания 9), таким образом, что абсолютное значение разности температур Tи-Tн не превышает заданного значения 0,5 градуса Цельсия (фиг 2). Текущее значение Ui напряжения нагревателя сравнивают со значениями за предыдущий период времени измерения и за Umax принимают максимальное значение. Степень исчерпания защитных свойств изделий определяют по формуле (1).

По сравнению с прототипом (Патент РФ № 2561014, МПК G01N25/48), в заявленном способе исключена операция определения коэффициента теплоотдачи на поверхности сорбента. При этом указанный параметр является основным источником погрешности, вносящим наибольший вклад в погрешность контроля степени исчерпания защитных свойств. Таким образом, решена поставленная техническая задача изобретения - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин.

Способ контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий, включающий формирование образца сорбента в форме пластины, измерение температуры поверхности образца сорбента, омываемого газовоздушной смесью, содержащей поглощаемый компонент, определение мощности источников теплоты сорбции, отличающийся тем, что контролируют разность температур поверхности образца сорбента и поверхности плоского нагревателя, размещенного в тех же условиях теплообмена, что образец, регулируют напряжение питания нагревателя так, чтобы контролируемая разность температур находилась в заданном диапазоне значений, определяют степень исчерпания защитных свойств образца по формуле

где U – напряжение питания нагревателя;

– поправочный коэффициент, учитывающий отклонение свойств и геометрических размеров образца сорбента от нагревателя; KR=Rо/Rн – отношение ½ толщины образца к ½ толщины нагревателя; а – температуропроводность нагревателя; i – индекс, обозначающий текущий момент времени контроля; max – индекс, обозначающий максимальное значение соответствующего параметра за период с начала контроля и до i-го момента включительно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. Согласно способу определяют коэффициент излучения контролируемой поверхности объекта, для чего с помощью бесконтактного термографа измеряют температуру поверхности объекта Т(εк), где εк - коэффициент излучения поверхности объекта, наносят на поверхность объекта образцовый материал, измеряют с помощью бесконтактного термографа температуру поверхности образцового материала Т0(ε0), где ε0 - коэффициент излучения поверхности образцового материала, определяют коэффициент излучения поверхности объекта εк путем решения уравнения: Т(εк)=Т0(ε0).

Изобретение относится к средствам испытания оптических кабелей. Способ состоит том, что проверяют стойкость образцов оптического кабеля к воздействию механических нагрузок, имитирующих условия прокладки кабели.

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий. Заявлен способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, заключающийся в том, что формируют стандартный и контролируемый образцы сорбента в форме плоского насыпного слоя.

Использование: для термографического контроля на основе направленных волн. Сущность изобретения заключается в том, что передают направленную звуковую или ультразвуковую энергию от одного или нескольких элементов преобразователя к структуре и в ответ на один или несколько сигналов, подаваемых на по меньшей мере один из элементов преобразователя; управляют относительной фазой подаваемых сигналов на основе первого заданного вектора фазирования; выполняют столкновение со структурным дефектом при передаче направленной звуковой или ультразвуковой энергии; обнаруживают тепловой отклик, указывающий на дефект и возникающий в результате столкновения направленной звуковой или ультразвуковой энергии вблизи дефекта, и изменяют центральную частоту подаваемых сигналов в заданном диапазоне частот путем подачи серии импульсов, имеющих различные центральные частоты.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций. Способ включает силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля, перед силовым воздействием через изделие пропускают электрический ток до его разогрева, регулируют величину электрического тока таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую, осуществляют регистрацию температурного поля поверхности и измеряют величину и координаты его аномальных участков, прикладывают к изделию механическую нагрузку, осуществляют повторную регистрацию температурного поля поверхности изделия, по разности двух термограмм поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов, нагрев изделия электрическим током осуществляют до температуры, на 3-10°С превышающей температуру окружающей среды.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано в авиационной и ракетно-космической отраслях промышленности, а также в общем и специальном машиностроении для теплового нагружения элементов конструкций летательных аппаратов (ЛА) при измерении тепловых деформаций элементов конструкций ЛА, а также при проведении тепловых и комплексных термовибрационных и термовакуумных испытаний в процессе наземной лабораторно-стендовой отработки конструкций ЛА, имеющих сложные формы поверхности.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается неразрушающего способа оценки состояния компонента турбины. Способ включает в себя генерирование лазером световых импульсов для нагрева компонента турбины, захват инфракрасных изображений и анализ характеристики компонента турбины на полученных изображениях.

Изобретения относятся к области измерительной техники. Заявлен способ термографии изделий из полимерных композиционных материалов, который включает силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, и выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля.

Изобретение относится к испытательной технике. Способ состоит в измерении частот вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна образцов оптического волокна в свободном состоянии и в составе оптического кабеля, на основе которых рассчитывают степень деформации оптического волокна в кабеле и определяют срок сохраняемости.

Изобретение относится к области контроля изделий оптическими средствами и касается способа контроля металлической поверхности детали. Способ включает в себя этапы, на которых обеспечивают наличие первого лазера для с первой длиной волны от 1000 до 1100 нм и мощностью более 1 Вт, обеспечивают наличие второго лазера со второй длиной волны от 1500 до 1800 нм и мощностью более 1 Вт, обеспечивают наличие оптической системы, содержащей вход для лазерного луча и устройство, предназначенное для направления лазерного луча на металлическую поверхность и сканирования металлической поверхности лазерным лучом.

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к способу и устройству для изотермической калориметрической спектроскопии биохимических компонентов живой ткани пациента. Способ изотермической калориметрической спектроскопии биохимических компонентов межклеточного и/или внутриклеточного вещества живой ткани пациента, выбранных из: воды, гиалуроновой кислоты, глюкозы, триглицеридов жирных кислот, заключается в том, что накладывают на поверхность кожи пациента с дозированным давлением по меньшей мере один тепло- и водонепроницаемый аппликатор, образующий закрытую систему в локальной области ткани под аппликатором.
Наверх