Способ измерения перепада температур на слое полупрозрачного материала и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и >748148 (61) Дополнительное н авт. свид-ву— (22) Заявлено 230678 (21) 2647803/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0780 Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 150780 (51)М. Кл 2

G 01 J 5/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и откр ыти и (5З) УАК 532. 137 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.К. Битюков, В.А. Петров, В.Ю. Резник и C.B. Степанов (71) Заявитель

Институт высоких температур AH СССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР

НА СЛОЕ ПОЛУПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к методам измерения температуры полупрозрачных материалов.

Известен способ и устройство для измерения профиля температуры по толщине слоя полупрозрачного материала с использованием интерферометра Г17.

В этом способе образец исследуемого материала устанавливают в интер.-10 ферометр Маха-Бендера обычной прямоугольной конструкции (в качестве источника света используют галий-неоновый лазер) и снимают интерферограмму, которую затем увеличивают, фо- 15 тографируют и обрабатывают на измерительном микроскопе. Интерферограмму легко расщифровать, если известна температура образца в какойлибо точке и определено положение 20 полос.

Преимущество указанного способа и устройства состоит в том, что при измерении не искажается поле температур в слое полупрозрачного ма- 25 териала.

Недостатки известного способа и устройства для измерения профиля температур в слое заключаются в том, что образцы последуемого мате- 30 риала не должны иметь свилей, пузырей и других центров рассеяния света, что трудно осуществить на практике; исследуемый материал должен иметь линейную зависимость показателя преломления от.температуры, известную с высокой точностью, а образцы материала могут быть только прямоугольной формы, обработанные с оптической точностью. Кроме того, необходимо создать изотермичное температурное поле по длине образца.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому. результату является способ измерения температуры полупрозрачного материала, включающий предварительную градуировку приемника излучения по яркости излучения модели черного тела при различных температурах с последующим фотоэлектрическим измерением интенсивности излучения поверхности слоя (2) °

По этому способу может быть изме.— рен перепад температур на слое частично прозрачного материала при исследовательном измерении излучения с обеих поверхностей слоя.

Устройство для осуществления этого способа включает расположенные

748148

50

То 6l—6

hT» с S

--т Ь—

8о последовательно модель черного тела, оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром, выделяющим область сильного поглощения исследуемого материала, и автоматическую регистрирующую аппаратуру °

Основным недостатком известного способа и устройства для измерения перепада температур на слое частично прозрачного материала является невысокая точность измерения,. обусловленная значительными погрешностя.ми измерения температуры в области сильного поглощения материала, и не-. обходимостью последовательно измерять температуру на обеих границах слоя частично прозрачного материала с последующим вычислением перепада температур на слое как разности двух измеренных температур границ.

Цель изобретения — повышение точности измерения перепада температур на слое частного прозрачного материала, а также повышение эффективности устройства.

Эта цель достигается тем, что при градуировке дополнительно измеряют отношение яркостей для узкого спектрального диапазона в видимой области спектра и по известным .соотношениям рассчитывают перепад температур на модели черного тела, затем по градуировочной кривой зависимости отношения яркостей излучения от перепада температур определяют исходную величину.

Устройство для осуществления этого способа, включающее расположенные последовательно модель черного тела, оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром для выделения области силь.ного поглощения исследуемого материала и автоматическую регистрирующую аппаратуру. Устройство дополнительно содержит приемник излучения с узкополосным фильтром, зеркальный модулятор, снабженный приводом„ причем модулятор расположен в плоскости, проходящей через биссектрису угла между асями приемников излучения.

На фиг. 1 показана схема устройства для измерения перепада температур на слое частично прозрачного материала; на фиг. 2 — график кривых, которые используют при определении=перепада температур на слое частично прозрачного материала.

Устройство включает инфракрасный охлаждаемыф приемник 1 излучения, чувствительным элементом которого является германий, легированный золотом, типа " вод".

Перепад инфракрасным приемником

1 излучения установлен инфракрасный интерференционный фильтр 2, вырезаю5

40 щин область сильного поглощения исследуемого материала.

Градуировку проводят по трубчатой модели черного тела 3 с тремя отверстиями 4, 5 и б.

Модель черного тела 3 с помощью токоподводов 7 нагревается проходящим током.

Отверстия 4 и б модели черного тела 3 визируют либо инфракрасным приемником 1 излучения с фильтром

2, либо приемником 8 излучения для видимой области спектра, например, ФЭУ-79. Перед приемником излучения установлен красный интерференционный светофильтр 9, выреэающий излучение в области длины волн от

0,65 до 0,66 мкм. Попеременное направление излучения модели черного тела 3 (при градуировке) или образца (при измерениях), устанавливаемого на место модели черного тела, и модуляция излучения на частоте

37. Гц с последующим синхронным детектированием осуществляют оптической системой 10 и зеркальным модулятором 11, снабженным приводом 12, причем модулятор 11 расположен в плоскости, проходящей через биссектрису угла между осями приемников излучения

1 и 8. Регистрацию сигналов с приемников излучения 1 и 8 осуществляют с использованием автоматической регистрирующей аппаратуры 13. Измерение опорной температуры осуществляют оптическим пирометром 14 либо термопарой. ф

Устройство работает следующим образом. Трубчатую модель черного тела 3 нагревают до стационарного состояния. После этого визируют отверстия 4 и б с помощью зеркального модулятора 11 на приемных диафрагмах инфракрасного приемника излучении 1 и приемника излучения в видимой области излучения в инфракрасной области. Эатем на несколько градусов (5-15 К) увеличивают температуру модели черного тела 3 и измеряют излучение в видимой и инфракрасной областях спектра.

Последовательно изменяя температуру модели черного тела 3,определяют Т и, соответственно, h T u строят градуировочную зависимость. где 3 3, — интенсивность излучения при температуре Т и g, соответственно, gT — разность температур, z

748148 где В, Вд — яркос ь излучения модели черного тела при темпЕратуре Т,Т Соответственно, С вЂ” 1438 10 м.град, л - длина волны, соответст- 5 вующая максимальному пропусканию интерференционного фильтра для видимой части спектра.

Опорную температуру Т« устанавливают и измеряют через каждые 100 К.

В результате на графике - =f(7). получают набор кривых, которые используют при определении перепада температур на слое частично проз- 15 рачного материала (фиг. 2).

Сравнение оценок погрешности измерения перепада материала известным способом и предложенным показывает, что предложенный способ позволяет уменьшить погрешность в 10 раз.

Формула изобретения

1. Способ измерения перепада температур на слое полупрозрачного материала, включающий предварительную градуировку приемника излучения по . яркости излучения модели черного ЗО тела при различных температурах с последующим фотоэлектрическим измерением яркостей излучения границ слоя полупрозрачного материала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с З5 целью повышения точности измерений, при градуировке дополнительно измеряют отношение яркостей для узкого спектрального диапазона в видимой области спектра и по известным соотношениям вычисляют перепад температур на модели черного тела, затем по градуировочной кривой зависимости отношения яркостей излучения от перепада температур определяют перепад температур на слое полупрозрачного материала.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее расположенные последовательно модель черноrо тела, оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром для выделения области сильного поглощения исследуемого материала и автоматическую регистрирующую. аппаратуру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения устройство дополнительно содержит приемник излучения с узкополосным фильтром, зеркальный модулятор, снабженный приводом, причем модулятор расположен в плоскости, проходящей через биссектрису угла между осями приемников излучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Андерсон P., Вискоита, Стивенсон С. Перенос тепла в полупрозрачных телах.«Теплопередача", 1973, Р 2, с. 33-42. .2. Патент США Р 2912862, кл. 79-355, опублик. 1959.

748148

/f4

Составитель С.Зайченко

Техред Я. Бирчак Корректор E. Папп

Редактор Н. Горват

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4349/9 Тираж 713 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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