Лекція № 7 Тема: «Безконтактні методи контролю якості деталей машин, пар тертя за допомогою телевізорів».

Розподіл температури по поверхні виробу залежить від розподілу внутрішніх джерел тепла і внутрішньої теплопровідності.

Фізичні основи теплового контролю полягають у визначенні теплопро-водності і тепловипромінювання. Теплопровідність  характеризує кількість тепла Q, розповсюджуваного в ізотропному матеріалі через площу S за якийсь час t у напрямку градієнта температури Т, і визначається з диференціального рівняння.

d = -  d Sgrad T dt

Тепловий контроль розрізняється по виду порушення чи по способу виміру температури.

Порушення випромінювання розрізняються на активне і пасивне. Активне – має місце в струмонесучих провідниках, частинах машин що рухаються і т.п. Наявність неоднорідностей приводить до посиленого виділення тепла. При пасивному порушенні до контрольованого об'єкта ззовні підводиться теплова енергія за допомогою випромінювання чи тепло-вого контакту.

Методи виміру температури поверхні:

• При контактному вимірі застосовують фотоелектричні перетворюва-чі температури, термометри і терморезистори. Вони дозволяють виз-начити температуру з точністю до 0,05С.

• Температуру також визначають за допомогою рідких кристалів, що представляють собою органічну речовину, що займає проміжне положення між твердим і рідкої агрегатним станами. Молекули майже всіх цих речовин мають форму стриженьків.

• Вимір температури за допомогою флуоресцентної термографії засновано на температурній залежності флюоресценції таких висо-кочутливих речовин, як фосфор, сульфід кадмію, сульфід цинку. Фосфорні смоли чи флюоресцентні гасові розчини. Зі зміною температури ці речовини змінюють яскравість.

Контактний контроль – речовину наносять безпосередньо на контро-льований об'єкт, що нагрівають із протилежної сторони.

Безконтактний контроль – використовують термістори, квантові чи фотонні детектори інфрачервоного випромінювання.

По характері взаємодії фізичних полів з об'єктом розрізняють тепловий контроль:

а)контактний – заснований на реєстрації теплового потоку, одержу-ваного контрольованим об'єктом при безпосередньому контакті з джерелом тепла;

б)конвективний – заснований на реєстрації власного випромінювання контрольованого об'єкта;

в) власного випромінювання теплового потоку, переданого контрольо-ваному об'єкту в результаті процесу конвекції (у газоподібних чи рідких середовищах).

До числа перспективних методів контролю відносяться інфрачервона дефектоскопія – електромагнітні хвилі, що утворяться в результаті коли-вальних і обертальних рухів атомів і молекул речовини, температура якого вище абсолютного нуля.

Спектр інфрачервоного випромінювання займає область довжин хвиль від 0,76 до 1000 мкм.

Ультрафіолетове – t(k) = 9000; довжина хвилі до  = 0,35 мкм;

Видиме світло - t(k) = 9000; = від 0,36 до 0,75 мкм;

ІЧ область:

близька t(k) = 9000... 4000;  від 0,76 до 3,0 мкм;

середня t(k) = 9000... 1000;  від 3,01 до 10 мкм;

далека t(k) = 9000...500;  від 10,1 мкм.

Теплові методи контролю суцільності, реалізовані приладами з зобра-женням теплових полів, засновані на застосуванні в якості термоперетворю-вача екрана з рідких кристалів, наприклад, Lita, товщиною  0,1 мм. Темпе-ратура і її розподіл є непрямими параметрами, що дозволяють оцінити режим роботи, наявність прихованих дефектів і зміну електричних параметрів елементів радіоелектронних пристроїв. Так підвищення температури на 10⁰С приводить до зниження надійності на 20-25%. По інтенсивності ІЧ-випромі-нювання визначають фактичне теплове навантаження елементів друкованої плати в робочому стані і її надійність.

Неконтактні виміри температури здійснюють пірометрами типу ОППИР-09, МОП-48, ОП-48; ФЭР-4; ЦЭП-3 (RU); «Ардонокс» (D); “Радіаметик” (US); UР-ПХ100 (Japan), а також радіаційними пірометрами ПРТ-10; М-4300; ТД-С (US); Термоскоп (Japan); Термопойт (Швеція).

Для виявлення дефектів по градієнті температурного поля використо-вують приймачі інфрачервоного випромінювання – тепловізори марок БТВ-1; Веселка-2; АТП-44, Статор, Рубін, Електрон, ИФ-30ТВ (RU); АГА-110; АГА-750 (Швеція); Т-8020 (Франція). Останнім часом широко застосовують тепловізійні системи з блоками цифрової пам'яті, що мають інтерфейс у комплексі з МІНІ-ПВМ: (пристрій ОСКАР фірми АГА (Швеція)).

Рис. 5.

Призначений для реєстрації токових полів, що мають температуру від 18 до 200С.

1 – механізм сканування; 2 – скануюче дзеркало; 3 – об'єктив; 5 – прий-мач випромінювання; 4 – модулятор періодично перекриваючий випро-мінювання, у ці моменти на приймач 5 попадає випромінювання від еталон-ного випромінювача 18; 19 – регулятор температури еталонного випроміню-вача; 10 – попередній підсилювач; 11 – смуговий фільтр; 12 – підсилювач; 13 – синхронний детектор; 6 – лампа накалювання; 7 – фото анод; 8 – перед-підсилювач; 9 – підсилювач-формувач, з виходу якого знімається стабільний сигнал прямокутної форми; 14 – низькочастотний фільтр; 15 – підсилювач потужності; 16 – блок реєстрації, де теплове зображення об'єкта записується на електрохімічний папір; 17 – блок керування скануванням; 20 – візир.

Великий інтерес для НК надає властивість рідких кристалів змінювати свій колір при нагріванні. Для оцінки теплових полів застосовують рідкокристаличні препарати на основі холестерину. Різні рідкокристаличні препарати мають температурні інтервали колірної реакції не менш 1,5⁰С. Температурний діапазон поділяє в межах від –40 до +285⁰ С. Геометрична здатність препаратів РК порядку 20 мкм. Візуалізація нестаціонарних теплових полів дає можливість оцінки структурних дефектів (тріщини, раковини, відшаровування метализації, місця короткого замикання тонкоплівчастих конденсаторів і т.д.). Застосування РК дає можливість проведення експрес-аналізу якості напівпровідникових приладів і інтегральних схем при різних конструктивних і технологічних змінах.