Устройство для измерения излучательной способности твердых непрозрачных материалов

 

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использоеано в лабораторной практике исследония теплофизических свойств веществ. Целью изобретения является повышение точности, Водоохлаждаемая камера снабжена двумя охлаждаемыми диафрагмами , смещенными одна от другой на ширину модели, имеет механизм вращения и перемещения образца с моделью черного , выполненной в виде щелевой полости. Внутренняя поверхность диафрагм выполнена зеркальной, 1 ил.

„„SU„„1732181 союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51)5 G 01 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2!) 4657243/25 (22) 02,03.89 (46) 07,05,92, Бюл, !! l7 (7!) Институт технической теплофиэики

АН УССР. (72) О,Е,Хлебников и А,A,Xàëàòoâ (53) 536.35 (088.8) (56) Излучательные свойства твердых тел,/Под ред, А.Е,Шейндлина, - И,:

Энергия, !974, с. !39. (54) УСТРОИСТВС,лЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОИ СПОСОБНОСТИ ТВЕРДЫХ НЕПРО"

ЗРА4НЫХ ИАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к теплофизике, в частности к устройствам для определения излучательной способности высокотемпературных материалов.

Известно устройство для исследования излучательной способности поверхности теплоизоляционных материалов, которое содержит вакуумную камеру, теплопроводный зачерненный диск, расположенный с зазором от образца, механизм вращения образца, нагреватель, приемник лучистого потока и датчик температуры образца, Излучательная способность в данном устроистве определяется по разности температур диска и нагревателя и по результатам измере. ний плотности излучения исследуемой поверхности, Однако такое устройство не позволяет измерять спектральную излучательную способность, так как приемник лучистого потока является термоэлект-

2 (57) Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано в лабораторной практике исследония теплофизических свойств веществ, Целью изобретения является повышение точности, Водоохлаждаемая камера снабжена двумя охлаждаемыми диафрагмами, смещенными одна от другой на ширину модели, имеет механизм вращения и перемещения образца с моделью черного теЛа, выполненной в виде щелевой полости, Внутренняя поверхность диафрагм выполнена зеркальной. ! ил, рическим с низ кой чувст вител ьност ью и способен регистрировать только величину полного радиационного потока.

Кроме этого при высоких температурах образца (У!000 К) возможен перегрев приемника лучистого потока, находящегося в непосредственной близости к нагретой поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения излучательной способности твердых материалов, содержащее вакуумную камеру, цилиндрический радиационный нагреватель с отверстием, блок теплоизоляции, образец с моделью черного тела, водоохлаждаемую диафрагму и приемник радиационного потока с усилительно-регистрирующей аппара- . турой.

Однако известное устройство обладает низкой точностью эксперимента, обусловленной уходом параметров

2181 осветитель спектрофотометра отключен, 35 ,В процессе испытаний образец приводят во . вращение, и после выхода на рабочие режимы систем установки и стационарный тепловой режим вращающегося образца измеряют интенсивность излучения двухлучевым спектрофотометром сравнением сигналов. I0 с исследуемой поверхности образца и I + модели чер.ного тела, В измерительном канале спектрофотометра находится излучение

45 исследуемой поверхности, а в сравнительном - излучение модели черного тела, Отношение сигналов ? /I® записывается на диаграмме спектрофотометра и поступает в ЭВМ для обработки результатов, С целью устранения ошибки измерений, вызванной неравновесностью оптических каналов устрой- . ства, образец сдвигается относительно диафрагм.так, что излучение образца попадает в сравнительный канал, SS а излучение модели - в измерительныи.

Для этого образец перемещают вдоль оси вращения на ширину модели черного тела, так как только в этом случае

173 электронной аппаратуры приемника из- лучения, что вызвано нестабильностью работы усилительно-регистрирующей системы и колебаниями температуры пе- чи между последовательными измерениями лучистого потока от образца и модели черного тела 1 длительностью эксперимента ввиду необходимости поочередного измерения интенсивности излучения образца", искажением собственного излучения образца вследствие переотражения поверхностью диафрагмы с диффузной составляющей отражательной способности, Целью изобретения является повышение точности измерения, Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения излучательной способности твердых непрозрачных материалов, содержащем фотоприемники, камеру с расположенным в ней радиационным нагревателем, блоком теплоизоляции, водоохлаждаемой диафрагмой и моделью черного тела, размещенной в закрепленном с возможностью вращения исследуемом образце, причем водоохлаждаемая диафрагма размещена на одной оптической оси между моделью черного тела и фотоприемником, предусмотрена дополнительная водоохлаждаемая диафрагма, установленная со смещением на величину, превышающую ширину модели черного тела, и оптически сопряженную со спектрометром, при этом внутренняя поверхность диафрагм выполнена зеркальной, а образец закреплен с возможностью поочередной установки модели черного тела напротив. диафрагм.

Наличие дополнительной диафрагмы позволяет производить измерение, одновременно двух сигналов - от образца и от модели черного тела, отношение этих сигналов исключает влияние нестабильности усилительно-регистрирующей аппаратуры и температуры печи на точность измерений, Смещение образца вдоль оси вращения на ширину модели устраняет систематическую ошибку измерений,. связанную с неравновесностью плеч оптических каналов, так как в этом случае меняются функции каналов: излучение от образца направляется в канал сравнения, а от модели черного тела — в измерительный

Наличие зеркальной внутренней поверхности диафрагм исключает переотраженное от диафрагмы и образца излучение, что позволяет регистрировать только собственное излучение образца и модели без искажений переотраженным излучением.

5 На чертеже схематически показано устройство для измерения излучательной способности твердых материалов.

Устройство содержит охлаждаемую

1О камеру - печь 1, механизм 2 для вращения и перемещения исследуемого образца 3 с моделью 4 черного тела, выполненной в виде щелевой полости по образующей цилиндрической поверхI5 ности образца омический нагреватель 5, блок б теплоизоляции, водоохлаждаемые диафрагмы 7, расположенные с зазором 0,5 мм напротив исследуемой поверхности образца и модели черного тела, два плоских зеркала 8 и двухлучевой спектрофатометр 9, Образец 3 имеет возможность перемещения. вдоль оси вала, на котором он закреплен, с целью попеременной установки в измерительном и сравнительном каналах спектрофотометра исследуемой поверхности и модели черного тела, Устройство работает следующим образом, ЗО1

Предварительно перед экспериментом печь устанавливают в кюветное; отделение спектрофотометра, при этом

1732151

15i

29 Устройство для измерения излучательной способности твердых непрозрачных материалов, содержащее Фотоприемники, камеру с расположенным в ней радиационным нагревателем, блоком теплоизоляции, водоохлаждаемой диафрагмой и моделью черного тела, размещенной в закрепленном с возможностью. вращения исследуемом образце, причем водоохлаждаемая диафрагма размещена на одной оптической оси между моделью черного тела и фотоприемником, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения точности, приемник выполнен в виде двухлучевого спектрометра, камера дополнительно содержит водоохлаждаемую диафрагму, установленную со смещением на величину, превышающую ширину модели черного тела, и оптически сопряженную со спектрометром, при. этом внутренняя поверхность диафрагм выполнена зеркальной, а образец закреплен с возможностцю поочередной установки модели черного тела напротив диафрагм..

25 гл„убина щели ширина щели „в! + вг + вэ + а4 я, (2) 30 L 3 коэффициенты поли нома определяются методом наименьших квадратов. Так как Я! входит в выражение полинома заранее неизвестным параметром, излучательная способность образца рас- 35 считывается ЭВИ итерационным методом при совместном решении уравнений (1) и (2), 8 предлагаемом устройстве благодаря введению дополнительной диафраг- 40. мы и осевому смещению образца достигается повышение точности и скорости измерений эа счет одновременной регистрации двух сигналов от образца и модели черного тела и поочеред- 45 ., обеспечивается равноценная замена образца и модели в различных каналах спектрометра. Вновь производят регист-! . рацию отношения сиг.налов Io/I

Определение среднеарифметического значения ! I о / м + ? о/ »ì

А — — — — — — — ——

2 устраняет ошибку неодинаковости оптических каналов, Спектральная излучательная способность Е!) рассчитывается по соотношению

Q А Ем, (1) .где Е ®- степень черноты модели. черного тела, Степень черноты модели определяется в виде полинома и степени по расчетным данным для зависимости К„! от степени черноты материала стенок полости при заданной геометрии модели черного тела, Например, при геометрии модели ной замены функций измерительного и сравнительного каналов с возможностью автоматической регистрации и обработки результатов измерений, что в сочетании с зеркальной внутренней поверхностью диафрагм обеспечивает получение чистого сигнала, Анализ точности измерений, проведенный на основании соотношений (1) и (2), показал, что при температурах образца с 3000 К в предлагаемом устройстве погрешность измерения излучательной способности твердых материалов на 5-б/ меньше, чем в известном, Формула. и э обретения

1732181

Составитель 0.Хлебников

Редактор В,Петраш Техред д,Kpaвнyк

Корректор И, амборскан

Заказ 1575 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откритиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва) Ж-35) Раушская наб. ° д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород) ул, Гагарина, 101