Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения тепловых величин

Диссертационная работа:

Войцехов Юрий Романович. Методы и аппаратура для измерения тепловых полей на основе изооптического термопреобразования : ил РГБ ОД 61:85-5/4992

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СИМВОЛОВ 6

ВВЕДЕНИЕ 9

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРШХ ПОЛЕЙ. МЕТОД ИЗООПТИЧЕСКОГО ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 15

1.1. Анализ методов визуализации температурных полей . 15

1.2. Визуализация температурного поля методом иэоолти-ческого термопреобразования 26

1.3. Постановка задачи исследования 35

Выводы 37

2. ТЕРМООПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗООПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРА ЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ 38

2.1. Выбор полимера как термочувствительного компонента преобразователя 38

2.2. Расчет основных термооптических параметров преобразователя типа ИПС 43

2.3. Исследование влияния температурного градиента по толщине изооптического преобразователя на его термооптические параметры 46

Выводы 64

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМООПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТ РОВ ПРЕОШАЗОВАТЕЛЕЙ ИПА ИПС. РАЗРАБОТКА РЯДА ПРЕОБРА ЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ДИАПАЗОНА ОТ МИНУС 20 ДО ПЛЮС 150 °С 65

3.1. Результаты разработки изооптических систем на ос нове полимерных материалов 65

3.2. Измерительная аппаратура и методика экспериментального исследования 69

3.3. Экспериментальное исследование температурно-спектральной характеристики и термооптических параметров преобразователей типа ИКС 76

3.4. Экспериментальное исследование спектральной избирательности преобразователей типа ИКС 84

3.5. Экспериментальное исследование термооптических параметров в зависимости от температурного градиента по толщине изооптического преобразователя 92

3.6. Методика выбора компонентов, обеспечивающих преобразователю заданные характеристики 104

3.7. Разработка ряда преобразователей типа ИКС для исследования температурных полей 108

Выводы 128

4. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИССЩОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ И30ОШМЧЕСК0ГО ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАНИЯ 130

4.1. Анализ пространственно-спектральной структуры оптического сигнала изооптического термопреобраэо-вателя 130

4.2. Разработка принципов визуализации и регистрации температурных полей методом изооптического термопреобразования 144

4.3. Аппаратура для визуализации и исследования температурных полей 157

Выводы 170

5. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОШОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛШОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ 172

5.1. Основные параметры, характеризующие разрешающую способность измерительного комплекса 172

5.2. Исследование пороговой температурной разрешающей способности 177

5.3. Исследование геометрической разрешающей способности 180

5.4. Исследование разрешающей способности изооптичес-кого комплекса при измерении локальных температур 187

5.5. Исследование методов повышения разрешающей способности изооптических преобразователей 192 Выводы 203

6. МЕТРОЛОШЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСІИКИ КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИССЛЕДО ВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ И300ПТИЧЕСК0Г0 ТЕРМОПРЕ- 0ЕРА30ВАНИЯ 205

6.1. Инструментальная погрешность изооптических преобразователей для исследования температурного поля- 205

6.2. Инструментальная погрешность аппаратуры для исследования температурных полей 207

6.3. Инструментальная погрешность измерительного комплекса для определения поверхностного распределения плотности тепловых потоков 212

6.4. Определение температурного поля объекта по результатам его экспериментального исследования 218

6.5. Перспективы развития и область применения мето да 229

Выводы 248

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 250

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 252

ПРИЛОЖЕНИЕ I . . 261

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 271

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 281

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 286

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 288

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 290

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 293

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 296

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 299

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 304

ПРИЛОЖЕНИЕ II 307 

Введение к работе:

Решение актуальных проблем 80-х годов и одиннадцатой пятилетки предусматривает все большее внедрение радиоэлектроники во все отрасли народного хозяйства.

Современные радиоэлектронные системы представляют собой сложные комплексы, состоящие из огромного числа различных элементов, таких, как полупроводниковые приборы, интегральные схемы и т.д. Работоспособность таких систем зависит от внутренних физических процессов в отдельных радиокомпонентах, большое влияние на которые оказывает температура. От 10 до 50% случаев выхода из строя радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) связаны с нарушением ее теплового режима либо с работой в предельно допустимых температурных условиях /1-4/. В связи с этим постоянно возрастает роль тепловых измерений в РЭА. По данным /5/, 90-95$ всех форм энергии в РЭА превращается в тепловую, и тепловое поле в аппаратуре является эффективным показателем ее качества и надежности.

Вместе с тем, анализ методов теплового контроля РЭА показывает, что при многообразии способов и средств локального измерения температуры наблкщается значительное отставание в разработке методов непрерывного исследования тепловых полей. Методы инфракрасной (ЙК) термометрии, получившие относительное распространение во многих отраслях техники, не находят практического применения в РЭА ввиду широкой номенклатуры радиокомпонентов и отсутствия достоверных данных о их коэффициенте черноты. Другие известные методы исследования температурных полей аппаратурно сложны и специфичны, что ограничивает их использование в РЭА. В то же время методы исследования тепловых полей (поверхностного распределения температуры и тепловых потоков) отличаются значительно большей информативной способностью по сравнению с контролем параметров в отдельных точках объекта, применение их исключает ошибки при выявлении областей локального перегрева, при оценке топологии радиоэлектронных плат с точки зрения теплового режима работы РЭА, обеспечивает полный объем данных для прогнозирования надежности аппаратуры. В связи с этим разработка новых эффективных методов исследования тепловых полей с учетом специфики температурного контроля РЭА является актуальной проблемой.

Ц е ль ю диссертации является разработка методов исследования тепловых полей на основе изооптического термопреобразования и соответствующего измерительного комплекса, отвечающего требованиям температурного контроля РЭА по точности, безопасности иэмеренийи разрешающей способности. - Целесообразность разработки изооптического метода обоснована результатами анализа известных методов исследования тепловых полей, проблем в области температурного контроля РЭА и физических основ изооптического термопреобраэования.

Разработка метода проводится по приказу Министра № 34 от 25.01.80 г.

В настоящей диссертационной работе показано, что наиболее перспективными для решения поставленной задачи являются иаоопти-ческие композиции на основе полимерных материалов, оптимальными из которых признаны кремнийорганические каучуки марки СКТФВ. Это обусловлено технологичностью каучуков, уникальными изоляционными и диэлектрическими свойствами (что существенно с учетом условий работы РЭА), химической стойкостью к воздействию солнечного света и повышенной влажности, высокими температурно-спектральной чувствительностыо и спектральной избирательностью изооптических композиций на основе каучуков, возможностью изготовления преобразователей в виде эластичных пленок, гибких пластин, замазки и лака.

В результате исследования термооптических параметров композиций на основе каучуков, наполненных порошком оптических стекол (ИКС), разработана методика выбора компонентов, обеспечивающих преобразователю заданные характеристики. По этой методике разработан ряд преобразователей для измерений в области от минус 20 до плюс 150 °С, соответствующей температурному диапазону работы РЭА.

Разработка научных принципов построения приборов для визуализации температурного поля позволила создать ряд установок и специализированных приставок, обеспечивающих высокий цветовой контраст, приемлемую точность и разрешающую способность при исследовании тепловых полей в РЭА. Определена область целесообразного применения метода исследования тепловых полей на основе изооптического термопреобразования.

В диссертационной работе обоснованы следующие научные положения:

I. Температурная зависимость рефракционных параметров крем-нийорганических каучуков в области температур от минус 20 до плюс 150 С близка к линейной, а их дисперсионная зависимость описывается двучленной формулой Коши с точностью, достаточной для расчета термооптических параметров преобразователей типа ИКС с относительной погрешностью, не превышающей 2,3$ при доверительной вероятности 0,99.

2.Температурный градиент по толщине преобразователя искажает его температурно-спектральную характеристику и уменьшает свето-пропуекание пропорционально величине градиента, толщине преобразователя, кратности прохождения сквозь него светового потока и смещению контура пропускания преобразователя в коротковолновую область спектра.

3. Пространственно-спектральная структура выходного сигнала преобразователя такова, что его рабочий сигнал (максимум нулевого порядка) окружен симметричной системой дифракционных колец гало (рассеянной составляющей). Угловое отклонение колец гало от рабочего сигнала растет с уменьшением размера оптических не-однородностей изооптического слоя.

Научную новизну работы составляют следующие результаты:

разработаны теоретические основы и реализован новый метод исследования температурных полей на основе изооптического термопреобразования;

предложен и теоретически обоснован новый метод измерения поверхностного распределения плотности теплового потока, основанный на зависимости еветопропускания от температурного перепада по толщине изооптического преобразователя;

определены температурная чувствительность, геометрическая разрешающая способность и метрологические характеристики метода.

На защиту выносятся:

метод исследования температурных полей на основе изооптического термопреобразования;

метод измерения поверхностного распределения плотности теплового потока;

расчегная методика выбора компонентов, обеспечивающих преобразователю заданные характеристики;

научные принципы построения приборов для визуализации и исследования температурных полей методом изооптического термопреобразования ;

результаты исследования температурной чувствительности и геометрической разрешающей способности метода;

методика определения действительных температурных полей объектов по результатам измерений.

Практическая ценность полученных результатов состоит в том, что на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан ряд преобразователей оригинальной конструкции, обеспечивающих высокую геометрическую разрешающую способность (до 2 штрихов на I мм) и точность исследования температурного поля (инструментальная погрешность не более 0,7 К). Разработана технология их изготовления.

Создан ряд приборов и специализированных приставок, обеспечивающих высокий цветовой контраст визуализованной картины поля, регистрацию изотерм и высокую точность измерений (инструментальная погрешность не более 0,9 К). Их новизна защищена 18 авторскими свидетельствами и 2 положительными решениями ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства.

Разработанный измерительный комплекс удовлетворяет требованиям температурного контроля РЭА по точности и геометрической разрешающей способности, обеспечивает безопасность и оперативность измерений.

Измерительный комплекс эргономичен, отличается аппаратурной простотой и низкой стоимостью, удобен в эксплуатации.

Разработанный комплекс может быть успешно использован так же в электронной, авиационной и других отраслях народного хозяйства.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и одиннадцати приложений. По объему диссертация содержит 144 страницы машинописного текста, 13 таблиц и 95 рисунков. Приложения составляют 60 страниц.

Результаты работы докладывались на 2-й научно-технической конференции по тепловым режимам и системам охлаждения РЭА, Одесса, 1973, на отраслевом семинаре по температурным измерениям, Одесса, 1976, координационном совещании работников тепловых служб, Одесса, 1978.

Основное содержание работы изложено в статьях /29,45,48,74, 77,88/, материалы диссертации вошли в ряд научно-технических отчетов /55, 79/.

Разработанный измерительный комплекс для исследования температурных полей внедрен в практику теплового контроля РЭА на предприятиях п/я А-7866, п/я А-7438,1 ЦКБ "Алмаз", і

Подобные работы
Калинин Александр Николаевич
Неразрушающий сравнительный метод и интереполяционный прибор для экспресс-измерений теплопроводности твердых тел на основе двухточечного зондирования поверхности
Жарков Владислав Владимирович
Разработка и исследование методов и средств диагностики электрических машин на основе измерения их полей рассеяния
Саядян Дмитрий Левонович
Математическое моделирование стационарных магнитных полей на основе метода интегральных уравнений
Садовский Николай Владимирович
Разработка, исследование и практическое применение математических моделей полосковых линий на основе расчета электромагнитного поля методом статистических испытаний
Мартынов Владимир Александрович
Математическое моделирование переходных процессов электрических машин на основе численного метода расчета электромагнитного поля
Грунская Любовь Валентиновна
Оценка параметров электрического поля приземного слоя атмосферы на основе метода корреляционного приема
Ефремов Виталий Анатольевич
Метод и лечебно-диагностическая система на основе НЧ магнитного поля малой амплитуды
Иванова Ирина Владимировна
Научные основы создания автоматизированных систем кодирования данных в конечных полях Галуа методами дискретной алгебры Клини
Середин Лев Михайлович
Основы технологии получения кремниевых структур с объемными элементами методом жидкофазной эпитаксии в поле температурного градиента
Эминов Булат Фаридович
Методы и алгоритмы построения и анализа полиномиальных функций над конечным полем на основе стохастических матриц

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net