Читать практическое задание по физике: "Разработка лазерной установки для измерения коэффициента температуропроводности методом лазерной вспышки" Страница 2

(Назад) (Cкачать работу)

Для применения данного метода к реальным условиям, были разработаны различные техники и модели, учитывающие неидеальность условий эксперимента:

1. потери тепла поверхностью образца,

2. конечность длительности лазерного импульса,

. неоднородность импульсного нагрева,

. негомогенность и неизотропность материала (например, в случае композитов).

Одним из наиболее распространенных импульсных методов измерения температуропроводности является метод лазерной вспышки. На переднюю поверхность плоского образца (рис. 1) подается тепловой импульс, созданный лазерным излучением. При этом предполагается, что отсутствуют тепловые потери, импульс мгновенный, а тепловой поток равномерный. Пренебрегаем потерями тепла вдоль осей .

В этом случае уравнение теплопроводности имеет вид: (1) где (z,t) - температура являющаяся функцией времени t и координаты z

- коэффициент температуропроводности

Решение задачи теплопроводности с начальными условиями: ипри 0, (2) будет иметь вид: , (3) где- толщина пластины,- удельный тепловой поток,

- удельная теплоемкость,- плотность образца.

На обратной стороне пластины ( = ) в безразмерных величинах выражение 3 можно записать так: () (4)

здесьимеет смысл безразмерной температуры, где- максимальная температура,- критерий Фурье, который имеет смысл безразмерного времени. Зависимость безразмерной температуры от критерия Фурье представлена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость безразмерной температуры от критерия Фурье. Температуропроводность вычисляется обычно по времени достижения значения температуры обратной поверхности половины от максимальной.

При этом , (5) где- критерий Фурье (безразмерное время), при котором безразмерная температураобразца обратной поверхности достигает половины максимального значения,- соответствующее время достижения половины максимальной температуры перегрева. Таким образом, измеривна обратной поверхности образца, можно вычислить значение коэффициента температуропроводности.

Рис. 3. Нормированная экспериментальная кривая. . Описание установки На рисунке 4 представлена схема лазерной лабораторной установки для измерения температуропроводности. В качестве излучателя 1 используется генератор оптический рубиновый ГОР-100М. Генератор оптический рубиновый ГОР-100М предназначается для получения мощных монохроматических узконаправленных импульсов когерентного света. На никелевый образец 3 толщиной 1мм подается лазерный импульс. Тепловой сигнал регистрируется при помощи хромель - копелевой термопары 9 с толщиной электродов 0.05 мм, привариваемой на обратной поверхности образца. Сигнал с термопары усиливается в блоке усиления 10. С выхода блока усиления сигнал поступает на вход запоминающего осциллографа 11.

Оптический клин 2 служит для отведения небольшого процента падающей энергии для измерения энергии падающего излучения и длительности импульса. Светоделительный куб 6 пропускает половину падающего на него излучения на измеритель мощности, а другую направляет на измеритель длительности импульса, которым в нашей установке является фотодиод 7 с осциллографом 8. Измерителем энергии служит измеритель калориметрический твердотельный ИКТ-1Н, состоящий из измерительной головки 4 и блока

Похожие работы