Тепловой излучатель

 

Союз Соеетских

Социалистических

Ресоублик

< 786482

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.05.77 (21) 2486478/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.02.82. Бюллетень № 5 (45) Дата опубликования описания 07.02.82 (51) Ч К т.з 6 01 J 5/02 йсударствениый комитет го делам изобретений и открытий (53) УДК 536.35 (088.8) (72) Автор изобретения

С. В. Бутакова (71) 3 аяаитель (54) TEHJIOBOA ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к :диагностике плазмы и предназначено для калибровки антенн, градуировки радиопирометров вместе с их антенными системами и метрологической аттестации широкоапертурных излучателей «черное тело», выполненных на газоразрядных и полупроводниковых генераторах шума, в диапазоне сверхвысоких частот в области температур порядка (1 ... 3). 10з К международной практической температурной шкалы.

Известны в оптическом и инфракрасном диапазонах тепловые излучатели в ввде полости с равномерно нагретыми стенками 15 с вь1ходной апертурой, размеры которой, по крайней мере, на порядок меньше размеров полости, но значительно превышают длину волны (1). Вследствие больших размеров полости по сравнению с размерами 2О отверстия и длиной волны модель находится в состоянии термодинамического равновесия и обладает высокой излучательной способностью, близкой к максимально возможной при данной температуре. Распределение спектральной плоскости излучения подчиняется закону Планка (Рэлея-Джинса в радиодиапазоне), а положение максимума излучения на частотной шкале — закону Вина.

Форму полости выбирают в виде геометрических тел простой формы, например сферы, цилиндра, параллелепипеда. Характер отражения лучей от внутренних поверхностей полости — зеркальный, диффузный или смешанный — не оказывает большого влияния на коэффициент излучения ввиду больших размеров полости по сравнению с размерами отверстия.

Форма полости выбирается, как правило, в виде клина или конуса. Излучательная способность конической и клинообразной полостей существенно зависит от угла при вершине, положения точки наблюдения относительно апертуры, величины коэффициента отражения при различных углах падения лучей на стенки полости, от характера отражения лучей.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является тепловой излучатель, выполненный в виде полости, имеющей в сечении форму выпуклого многоугольника с излучающей апертурой и равномерно нагретыми стенками из термостойкого материала (2). Яркостная температура Т„ этого теплового излучателя равна термодинамической температуре равномерчо нагретых стенок полости Т с точностью до коэффициента е, характеризую786482

l5

2S

1 ggo йЮ 1 9йо щего эффективность излучения этой поJIocTH: Т„= P.Т.

Основным недостатком известного теплового излучателя является невысокая точность определения яркостной температуры вследствие невысокой эффективности излучения. Это определяется тем, что с уменьшением угла при вершине клинообразной полости все большая часть всех отражений от стенок полости луча, попавшвго извне, происходит под малыми углами к поверхности. Величина коэффициента отражения от гладких поверхностей, как правило, растет с уменьшением этого угла, суммарное затухание лучей за счет отражения в полости увеличивается весьма незначительно при сильном увеличении размера полости «вглубь». Кроме того, на эффективность излучения клинообразной полости оказывает отрицательное влияние дифракция поля при вершине, т. е эффективность излучения клинообразной полости принципиально не может быть близкой к эффективности излучеиия <абсолютно черного тела» (максимально возможной эффективности, когда е = 1).

Другим недостатком излучателя является его низкая экономичность, обусловленная малой эффективностью излучения в

СВЧ-,диапазоне при больших энергетических затратах.

Цель изобретения — повышение точности определения яркостной температуры и эффективности излучения в СВЧ-диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что угловые размеры полости выбраны так, что через заданное число отражений направление лучей повторяется, а линейные размеры выбраны из условия обеспечения заданного суммарного числа отражений, причем внутренняя поверхность полости выполнена из материала с радиопоглощением не хуже, чем у нержавеющей стали.

На чертеже показан тепловой излучатель.

Полость теплового излучателя выполнена с плоскими равномерно нагретыми стенками 1,— 6 из термостойкого материала со слабым радиопоглощением, имеющей апертуру прямоугольной формы 7. Внутренний объем полости представляет собой выпуклый многогранник, четыре стенки которого 1 — 4 вместе с плоскостью апертуры 7 имеют профиль продольного сечения в виде выпуклого многоугольника, а две стенки 5, 6 параллельны друг другу.

Полость, например, может быть образована шестью стенками, две из которых параллельны друг другу, а остальные четыре имеют продольный профиль в виде выпуклой незамкнутой ломаной линии со сторонами 3,7 1, 2,1 1, 3,0l, Я,ál, где !— длина следа плоскости апертуры, и внуственно. При этих соотношениях тепловой излучатель получается близким к оптимальному.

Стенки полости выполнены из термостойкого материала, обладающего некоторым ралиопоглощением, например, из положенных впритык друг к другу брусков точильного камня — зеленого карборунда

КЗ-150. Толщина радиопоглощающего слоя примерно равна четверти длины волны в материале в длинноволновой части рабочего диапазона излучателя. В качестве материала стенок может быть использован листовой металл с низкой проводимостью, например нержавеющая сталь, Стенки полости изнутри покрыты слоем радиопрозрачного свето- и теплоизолирующего материал|а, например ватой каолинового состава МРТУ6-11-102-69.

Тепловой излучатель работает следующим образом.

После включения подогрева через некоторое время устанавливается тепловое равновесие между полостью и окружающим ее пространством. При этом каждый элемент внутренней поверхности стенок 1 — 6 полости излучает некоторое количество лучистой энергии. Поскольку стенки полости покрыты слоем свето- и теплоизолирующего ма« териала, излучение стенок в световом и инфракрасном диапазонах волн и конвекция отсутствуют, а происходит излучение стенок в диапазоне прозрачности этого покрытия, т. е. на СВЧ.

Излученная всеми элементами полости энергия распределяется следующим образом. Одна часть энергии сразу выходит через апертуру 7 во внешнее пространство, другая претерпевает многократные переотражения внутри полости. При каждом отражении интенсивность луча возрастает пропорционально коэффициенту излучения (коэффициенту черноты данного элемента в направлении отражения луча) . Лучи, многократно отраженные стенками 1 — 6, затем выходят через апертуру 7 во внешнее пространство. Таким образом, доля энергии многократно переотраженных лучей, вышедших из полости, оказывается существенно больше, чем лучей, непосредственно излученных в свободное пространство нагретыми участками внутренней поверхности полости.

Следовательно, при наличии некоторого радиопоглощения в стенках полости и покрытия стенок свето- и теплоизолирующим материалом получаем тепловой излучатель с коэффициентом излучения, близким к единице, что обеспечит высокую точность определения яркостной температуры в апертуре.

Кроме того, покрытие стенок полости материалом, пропускающим радиоизлуче786482

Формула изобретения

Составитель М. Дедловский

Техред Л. Куклина

Корректор С. Файн

Редактор И. Гохфельд

Заказ 25 33 Изд. № 104 Тираж 882 Подписное

НПО <Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фнл. пред. «Патент> щими свойствами, увеличивает как эффективность излучения, так и экономичность теплового излучателя на СВЧ.

Тепловой излучатель, выполненный в виде полости, имеющей в сечении форму выпуклого многоугольника с излучающей апертурой и равномерно нагретыми стенками из термостойкого материала, отл ича ющийся тем, что, с целью повышения точности определения яркостной температуры и эффективности излучения в

СВЧ-диапазоне, угловые размеры полости выбраны так, что через заданное число отражений направление лучей повторяется, а линейные размеры выбраны из условия обеспечения заданного суммарного числа отражений, причем внутренняя поверхность полости выполнена из материала с радиопоглощением не хуже, чем у нержавеющей стали.

Источники информации, принятые во

10 внимание при экспертизе:

1. Гордов А, Н. Основы пирометрии, «Машиностроение», 1964, с. 125.

2. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник под редакцией

15 А. Е. Шейндлина, М., «Энергияъ, 1974, с. 75 — 78.