Высокотемпературный эталон черного тела

 

О П И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социзлиети леклк

PGGI310лI lк (и.

t (л

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. G ОЦ 1/08

Заявлено 26.Ч11.1971 (№ 1686169/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 23.1111973. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания ЗХ11.1973

Комитет оо делам изобретений и открытиЯ ори Совете Министров

СССР

УДК 535.23,1.25(088.8) Автор изобретения

С. М. Чернин

Институт химической физики АН СССР

Заявитель

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭТАЛОН ЧЕРНОГО ТЕЛА

L а= — ——

Ширина щели

70 90

L L

h= — ——

7 9

Высота щели

Толщина цилиндрической стенки воL L

b= — — ——

35 45 круг щели

Изобретение относится к области метрологии и может быть применено для различных абсолютных спектрофотометрических измерений, а также для спектропирометрии процессов горения и исследования излучательных характеристик газовых струй реактивных двигателей.

Известные высокотемпературные модели черных тел с щелевой полостью, содержащие герметический корпус, полый нагревательный элемент из графита, водоохлаждаемые токоподводы и систему графитовых экранов, недостаточно приближаются к своему теоретическому пределу; их эффективная излучательная способность не превышает 0,96. В связи с этим инфракрасные источники повышенной яркости не могут служить эталонами черного тела.

Цель изобретения — повышение эффективности излучательной способности и создание равновесного излучения.

Это достигается тем, что высокотемпературный эталон черного тела имеет нагревательный элемент, выполненный в виде двойного усеченного конуса, симметричного излучающей щели, при этом его геометрические параметры по отношению к длине L выбраны из следующих соотношений:

Диаметр полости D= — ——

15 17

10 Конусность наружной образующей на участках от токоподводов до щели 1:100 — 1:110

На фиг. 1 изображен эталон черного тела;

15 на фиг. 2 и 3 сравнительно представлены поля температур профилированного и цилиндрического излучателей в различных тепловых режимах.

В качестве излучающего элемента высоко20 температурный эталон содержит трубку 1 из ориентированного графита ТМО, в центре которой с одной стороны прорезана вертикальная щель. Для создания в полости изотермической зоны излучателю придан специальный

25 профиль переменного сечения, что равноценно увеличению длины трубки при том же диаметре отверстия. Излучатель прижат одним концом к соответствующему гнезду корпуса

2, а другим — к подвижному охлаждаемому

30 водой латунному электроду 3, электрически 375495 изолированному втулкой 4. Конусные контакты излучателя после предварительной притирки «залипают» на малых режимах и далее становятся вполне надежными в работе. Компенсация температурных удлинений обеспечивается за счет деформации резины вакуумного уплотнения 5. Для уменьшения тепловых потерь излучатель окружен радиальными и торцовыми тонкостенными экранами из графита, скрепленными в единый блок б, который имеет щелевые прорези с необходимой апертурой. В патрубке корпуса установлена графитовая щелевая диафрагма 7.

Корпус эталонного источника выполнен из двух спаянных латунных стаканов. Между ними циркулирует вода, омывающая также и патрубок, который герметично закрыт окном 8 из флюорита, В корпусе впаян штуцер 9 для откачки рабочего пространства и наполнения его инертным газом при температуре выше

2500 К. Сверху на корпус надета крышка 10 из латуни, в которой выполнены кольцевые каналы для охлаждения водой, поступающей из корпуса. Кольцо 11 из вакуумной резины обеспечивает герметичность соединения. Источник установлен на диэлектрической подставке 12. Между подставкой и корпусом зажато токоподводящее медное кольцо 18. Непосредственно к верхнему электроду подсоединена промежуточная гибкая шина 14, которая ограждает излучатель от механических усилий, а также облегчает сборку и разборку.

При температуре 2500 — 3000 К эталонный источник работает в среде инертного газа (аргона) с небольшим избыточным давлением 0,05 — 0,10 ат. Несмотря на высокотемпературный режим работы эталон черного тела имеет весьма ограниченные размеры и может быть установлен на стандартный инфракрасный спектрометр.

Из рассмотрения температурных полей (фиг. 2 и 3) видно, что участок равномерного распределения с повышением температуры уменьшается. В связи с этим для обеспечения равновесного излучения высоту щели следует ограничивать в зависимости от теплового режима.

Предлагается следующая эмпирическая зависимость высоты щели как функция температуры в диапазоне 2000 — 3500 К:

1,88 10"

Т(Т + 2000) где Т вЂ” температура, K;

L — длина излучателя, Предмет изобретения

Высокотемпературный эталон черного тела, содержащий герметический корпус, полый нагревательный элемент из графита с излучающей щелью, водоохлаждаемые токоподводы и систему графитовых экранов, отличающийся

30 тем, что, с целью повышения эффективнои излучательной способности и создания равновесного излучения, нагревательный элемент выполнен в виде двойного усеченного конуса, симметричного излучающей щели, при этом

его геометрические параметры по отношению к длине L выбраны из следующих соотношений:

L L

15 17

40 Диаметр полости

Ширина щели

70 90

L L

Высота щели

7 9

Толщина цилиндрической стенки воЬ=35 45 круг цели

Конусность наружной образующей на участках от токоподводов до щели

1:100 — 1:110

При постоянной длине излучателя L увеличение внутреннего диаметра D с одной стороны повышает черноту за счет геометрии полости, в то же время с другой снижает изотермичность вследствие теплопотерь излучением через открытые концы. Однако влияние указанных факторов ни в коей мере нельзя рассматривать как простое аддитивное сложение.

Даже небольшое увеличение отношения LID за оптимальным режимом ведет к падению излучательной способности источника. То же относится и к уменьшению этого отношения, когда излучательная способность снижается из-за геометрических факторов, несмотря на увеличение изотермичности полости. Таким образом, можно сделать заключение, что совместное решение представляет достаточно сложный процесс, приводящий к качественно новому состоянию полости.

375495

250 15И

Ф г. У

Составитель Н. Горшкова

Техред Л. Богданова

Редактор С, Герник

Корректор О Тюрина

Заказ 1834/12 Изд, № 1364 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2