Способ измерения энергии излучения объекта
Владельцы патента RU 2431122:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна (RU)
Изобретение относится к области пирометрии. В способе, включающем преобразование энергии излучения объекта в напряжение, к исследуемому объекту при температуре окружающей среды подводят тепло. Затем частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения, а второй частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно отражающего тела с известным коэффициентом излучения. Измеряют разность напряжений, создаваемых этими имитаторами, после чего дают имитатору абсолютно черного тела и исследуемому объекту приобрести температуру окружающей среды. Повторно подводят тепло к исследуемому объекту и измеряют разность напряжений, создаваемых излучением от поверхности имитатора абсолютно черного тела и от части поверхности исследуемого объекта. Техническим результатом является повышение точности измерений. 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области пирометрии и может быть использовано для измерения энергии излучения от, например, текстильных материалов, используемых для пошива одежды.
Известен способ (прототип) определения энергии излучения, описанный в статье (Ю.Г.Добровольский, Б.Г.Шабашкевич. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Издательство «Политехпериодика». 2009, №1. С. - 31-33). В данном способе излучение от объекта направляют на анизотропный термоэлектрический преобразователь (в дальнейшем - преобразователь), вырабатывающий напряжение, которое компенсируется напряжением, включенным навстречу первому преобразователю вторым преобразователем, на который излучение от объекта не попадает. Встречное напряжение вырабатывается за счет нагревателя замещения, расположенного на одной из поверхностей преобразователя. По электрической мощности, развиваемой нагревателем замещения, судят об энергии излучения объекта. В данном известном способе (Ю.Г.Добровольский, Б.Г.Шабашкевич. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Издательство «Политехпериодика». 2009, №1. С. - 31-33) авторы используют высокочувствительный анизотропный приемник теплового излучения на основе антимонида кадмия. Недостатком известного решения является то, что данный метод измеряет не только излучаемую объектом энергию, но и энергию отражаемого от объекта излучения, которым можно пренебречь только при высокой температуре объекта по отношению к температуре окружающей среды и при условии, что его излучение близко к излучению абсолютно черного тела. Поэтому при не соблюдении этих условий вносится систематическая ошибка в измерения.
Недостатком известного решения (Ю.Г.Добровольский, Б.Г.Шабашкевич. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Издательство «Политехпериодика». 2009, №1. С. - 31-33) является необходимость измерения мощности нагревательного элемента, что снижает точность полученных результатов, особенно, если измеряется энергия излучения от объектов с невысокой, например, комнатной температурой.
Техническим результатом заявляемого решения является устранение недостатков, а именно повышение точности измерений за счет определения коэффициента излучения, исключающим измерение энергии отраженного от объекта излучения.
Отсутствие необходимости в нагревателе замещения также повышает точность измерений, одновременно уменьшая приборную базу.
Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения энергии излучения, включающем преобразование энергии излучения от объекта в напряжение, к исследуемому объекту при температуре окружающей среды подводят тепло, затем частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения - Кч, а второй частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно отражающего тела с известным коэффициентом излучения - К0, далее измеряют разность напряжений ΔUч-о, создаваемых потоком излучения этими имитаторами, после чего дают имитатору абсолютно черного тела и исследуемому объекту приобрести температуру окружающей среды, повторно подводят тепло к исследуемому объекту с измерением разности напряжений ΔUч-x, создаваемых излучением от поверхности имитатора абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения и от части поверхности исследуемого объекта, а определение коэффициента излучения исследуемого объекта - Кх, осуществляют по формуле
по значению Кх судят о величине энергии, излучаемой поверхностью исследуемого объекта.
В известном способе (Ю.Г.Добровольский, Б.Г.Шабашкевич. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Издательство «Политехпериодика». 2009, №1. С. - 31-33) повышают температуру одной из поверхностей термоэлемента нагревателем замещения, но в предлагаемом способе к исследуемому объекту при температуре окружающей среды подводят тепло, затем частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения - Кч, а второй частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно отражающего тела с известным коэффициентом излучения - К0.
Пример конкретной реализации
На фиг.1 изображен в разрезе прибор, реализующий способ предлагаемого изобретения. К исследуемому объекту - 1 подводится тепло, которое передается исследуемым объектом - 1 имитатору абсолютно черного тела: медной фольге - 2, зачерненной (с известным коэффициентом излучения - Кч) с противоположной стороны - 3. Излучение от имитатора абсолютно черного тела (три стрелочки на фиг.1) попадает через отверстие - 6 в корпусе - 8 на левый не селективный приемник - 4. Тепло от исследуемого объекта подводится к имитатору абсолютно отражающей поверхности - 10, представляющей из себя полированную тонкую алюминиевую фольгу с известным коэффициентом излучения К0. Излучение от имитатора абсолютно отражающей поверхности (три стрелочки фиг.1) через правое отверстие - 6 в корпусе - 8 попадает на правый не селективный приемник 4. Приемники - 4 изолированы от внешнего излучения корпусом - 8. Оба приемника через теплопроводную пасту закреплены на медном радиаторе - 7. Соединяющие приемники провода обозначены цифрой 9 фиг.1. Все устройство заключено в корпус 8 из теплоизоляционного материала. Приемники излучения включены навстречу друг другу фиг.3 (дифференциальное включение). Возникающее напряжение, измеряется милливольтметром - V. Измеряют разность напряжений ΔUч-о, создаваемых потоком излучения этими имитаторами, после чего дают имитатору абсолютно черного тела и исследуемому объекту приобрести температуру окружающей среды, повторно подводят тепло к исследуемому объекту с измерением разности напряжений ΔUч-х, создаваемых излучением от поверхности имитатора абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения и от части поверхности исследуемого объекта фиг.2. Нагревание исследуемой поверхности может осуществляться, например, теплом ладони. Определение коэффициента излучения исследуемого объекта - Кх осуществляют по формуле
,
по значению Кх судят о величине энергии, излучаемой поверхностью исследуемого объекта. Так как на практике значение Кч в десятки раз превышает К0, то последним слагаемым в формуле можно пренебречь. Например, по данным таблицы отношение К0/Кч=0,021, т.е. последнее слагаемое в формуле составляет 2,1% от величины второго слагаемого.
В таблице представлены значения коэффициента излучения объекта - Кх (хлопковая ткань), коэффициента излучения зачерненной поверхности - Кч, коэффициента излучения полированной алюминиевой фольги - К0. Из таблицы видно, что одинаковая в данном случае хлопковая ткань, пример 2-5, окрашенная в разные цвета, имеет различные коэффициенты излучения. Это означает, что чем выше коэффициент излучения, тем больше энергии эта ткань излучает в инфракрасном диапазоне.
| Таблица | |||||
| № | Материал | Цвет поверхности материала | Кч
Ламповая чернь |
Ко Полированная алюминиевая фольга |
Кх |
| 1 | Медная фольга | Зачерненная поверхность | 0,948 | 0,02 | |
| 2 | Ткань хлопковая | Белый | 0,948 | 0,02 | 0,71 |
| 3 | -//- | Желтый | 0,948 | 0,02 | 0,78 |
| 4 | -//- | Красный | 0,948 | 0,02 | 0,82 |
| 5 | -//- | Зеленый | 0,948 | 0,02 | 0,87 |
Подобные данные можно использовать, например, при конструировании одежды. Кроме этого, зная коэффициент излучения объекта и его температуру можно рассчитать энтропию излучения поверхности по известным формулам.
Способ измерения энергии излучения объекта, включающий преобразование энергии излучения от поверхности исследуемого объекта в напряжение, отличающийся тем, что к исследуемому объекту при температуре окружающей среды подводят тепло, затем частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения - Kч, а второй частью нижней поверхности исследуемого объекта передают тепло имитатору абсолютно отражающего тела с известным коэффициентом излучения - Ко, далее измеряют разность напряжений ΔUч-o, создаваемых потоком излучения этими имитаторами, после чего дают имитатору абсолютно черного тела и исследуемому объекту приобрести температуру окружающей среды, повторно подводят тепло к исследуемому объекту с измерением разности напряжений ΔUч-x, создаваемых излучением от поверхности имитатора абсолютно черного тела с известным коэффициентом излучения и от половины поверхности исследуемого объекта, а определение коэффициента излучения исследуемого объекта - Кх осуществляют по формуле
,
по значению Кх судят о величине энергии, излучаемой поверхностью исследуемого объекта.
