Способ определения температуры объекта на металлической основе
Владельцы патента RU 2251086:
Ужгородский национальный университет (UA)
ФГУП ГНЦ РФ Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова (RU)
Изобретение относится к термометрии, в частности к бесконтактным способам определения температур объектов, которые могут находиться в экстремальных зонах. Способ включает размещение на объекте термочувствительного элемента, измерение спектра люминесценции и вычисление размера наночастиц термочувствительного элемента до и после действия на объект высоких температур. В качестве термочувствительного элемента используют наночастицы тугоплавкого металла в алюминиевой основе. По величине размеров наночастиц тугоплавкого металла определяют значение температуры объекта. Изобретение обеспечивает расширение диапазона дистанционного определения температуры.
Изобретение относится к термометрии, в частности к бесконтактным способам определения температуры объектов, которые могут находиться в экстремальных зонах с температурами выше 1000°С, и может быть использовано для дистанционного измерения объектов, в которых изменения определенных характеристик связаны с температурой.
Известен способ определения температуры объекта по его люминесцентным характеристикам [1. SU 1515070, G 01 К 11/00, 1989]. Согласно способу объект размещают в измерительном блоке спектрофотометрического прибора и измеряют оптическое пропускание на двух длинах волн, которые отвечают максимумам поглощения. По калибровочному графику определяют значение температуры объекта.
Основным недостатком способа является то, что он применяется только для прозрачных объектов в определенной области длин волн.
Известен также способ определения температуры объекта по его люминесцентным характеристикам, взятый в качестве прототипа [2. SU 1758451, G 01 К 11/20, 1992]. На объекте контроля устанавливают термочувствительный элемент из соединений уранила. Импульсным лазерным излучением микросекундного диапазона возбуждают его люминесценцию. Согласно способу измеряют период времени от момента возбуждения люминесценции к достижению максимального значения ее интенсивности в выделенном спектральном интервале, по которому определяют искомую температуру. Термочувствительный элемент, в качестве которого используют соединения уранила, имеет постоянную затухания люминесценции, которая постоянна в пределах температуры 170-270 К.
Применение способа ограничено как нижней, так и верхней границами температур из-за свойств термочувствительного элемента. Кроме того, термочувствительный элемент приводят в тепловой контакт с объектом только на стадиях измерения температуры объекта.
Техническая задача изобретения - расширение диапазона дистанционного определения температуры.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения температуры объекта на металлической основе с наноразмерными частицами, включающем измерение спектра на дифференциальном сканирующем калориметре до и после воздействия высоких температур на объект, по размеру наночастиц определяют величину температуры, при которой объект подвергался действию высоких температур.
В качестве термочувствительного элемента используют нанопорошок тугоплавкого материала, например никеля или кобальта в алюминиевой основе (матрице).
Предложенный способ определения температуры от известного отличается тем, что нанопорошок никеля или кобальта в алюминиевой основе размещают на определенном объекте, который может попасть в экстремальные условия высоких температур. Например, если на летательных объектах (самолетах или ракетах) во время возможной аварийной ситуации загораются определенные участки, то по изменению спектральных характеристик люминесценции вышеописанной структуры можно установить значение температуры на участках загорания.
Данные по измерению размера частиц нанопорошка никеля или кобальта в алюминиевой основе (матрице) до и после действия высоких температур показывают на возможности их применения в определении места действия высоких температур на летательном или ином объекте.
Изготовленную структуру на алюминиевой основе, которая содержит нанопорошки никеля, кобальта или другого тугоплавкого элемента, помещают в сканирующий дифференциальный калориметр типа Perkin-Elmer-7 и проводят измерения размеров наночастиц. По величине их размеров судят о температуре участка объекта, находившегося в зоне экстремальной температуры.
Чем выше температура, тем большим становится средний размер наночастиц никеля или другого тугоплавкого элемента и выше плотность полученных частиц.
Способ определения температуры иллюстрируется примерами.
Пример 1.
Алюминиевую матрицу с нанопорошком никеля, которая подвергалась воздействию температуры 600°С, исследовали на сканирующем дифференциальном калориметре типа Perkin-Elmer-7 до и после воздействия. Средний размер наночастиц никеля в алюминиевой матрице составил 40 нм.
Пример 2.
Ту же матрицу подвергали воздействию температуры 800°С и дальнейшему аналогичному исследованию. Средний размер наночастиц никеля составил 48 нм.
Пример 3.
Те же действия были проделаны после воздействия температуры 1000°С. Средний размер наночастиц никеля составил 82 нм.
Пример 4.
Те же действия были проделаны после воздействия температуры 1200°С. Средний размер наночастиц никеля составил 103 нм.
Аналогичные опыты были проведены для кобальта с температурами и показали, что с ростом температур от 400 до 1200°С средние размеры наночастиц кобальта увеличиваются в диапазоне нескольких десятков нанометров. Таким образом, после соответствующего калибрования устанавливается соответствие: размер наночастицы - температура.
Преимущество заявленного способа состоит в том, что измерение наночастиц никеля или другого тугоплавкого элемента в алюминиевой матрице до и после отжига дает возможность применить его в объектах, которые могут подвергаться экстремальным температурам. Например, если эти структуры разместить в разных участках самолетов, то возможно установить место загорания и оценить температуру пожара.
Способ определения температуры объекта на металлической основе, заключающийся в размещении на объекте термочувствительного элемента и измерении спектральных характеристик термочувствительного элемента, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного элемента используют наночастицы тугоплавкого металла, например, никеля или кобальта в алюминиевой основе, измерение спектра люминесценции и вычисление размера наночастиц тугоплавкого металла проводят до и после действия на объект высоких температур, по величине размеров наночастиц тугоплавкого металла определяют величину температуры объекта.
