Способ определения поглощательной и излучательной способности слабоселективных покрытий на неметаллических материалах

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соеоз Соватскик

Сощмвнистнческнк

Рвспубннн (и3281 74.

{61) Донолннтельное к авт. свндтву—

{22) аявлено 18. Оу. 80 {21) 2958157/18-25 с присоединением заявки М

{ 23 ) П р нор итет (51)М. Кл.

G 01 1 5/18

3Веударстюевй кемктет

Встр ав далем взабретвей н вткрмткй (53) УДК Д5 2З1 .4 (088. 8) Опубликовано 15 05.82. Ьнтллетень М 18

Дата опубликования описания 15 .05 . 82

В.Г. Горшенев, Л.Я.Падерин и В.П.Суворов

{72) Авторы изобретения! 1!

: т

{7I) Заявитель

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использо вано для определения поглощательной и излучательной способности покрытий на неметаллических материалах.

Известен способ определения поглощательной и излучательной способности путем измерения разности температур между образцом и его основанием

1 а также между поглотителем отраженного от образца излучения и основанием поглотителя и замещения мощностью электронагревателей лучистого потока, поглощенного и отраженного образцом t l 1.

Недостатками способа является его сложность, низкая точность измерений из-за того, что не учитываются особенности индикатрисы отражения образца.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ 6пределения поглощательной и.иэлучательной способности слабоселективных покрытий на неметаллических ма" териалах, включающий освещение источником излучения образца и двух метал" лических пластин, имеющих покрытия различающиеся отношением поглощательной и излучательной способности, измерение температуры образца и двух металлических пластин и плотности лучистного потока источника излучения.

Способ используют для определения поглощательной и иэяучательной способнос" ти полупрозрачных образцов, за исследуемым образцом (относительно источника излучения) устанавливают две металлические пластины, имеющие покрытия, максимально различающиеся между собой отнс:иением А/Е, где А-поглощательная способность покрытия по отношению к излучению источника, Е-излучательная способность покрытия.

llo результатам измерений плотности лучистого потока источника излучения и температур пластин определяют поглощательную и излучательную способ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЦАТЕЛЬНОЙ И ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ

СПОСОБНОСТИ СЛАБОСЕЛЕКТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ

НА НЕМЕТАЛЛИ4ЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ

92817

<о

3 ности, если считать их равными. 8

3ToN способе предполагается изотермичность образца по обьему, в том числе

его лицевой и обратной поверхностей

Х2Ъ . Однако этот способ имеет низкую точность определения поглощательной и излучательной способности на образцах, имеющих низкую теплопроводность, так как на таких образцах 10 температуры лицевой и обратной по.верхностей могут существенно различаться. С еще большей погрешностью определяется излучательная способность, поскольку для большинства

15 источников излучения поглощательная способность не равна иэлучательной.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения поглощательной и излучательной способности слабоселективных покрытий на неметаллических материалах, включающем освещение образца и двух металлических пластин, имеющих покрытия, различающиеся отношением поглощательной и излучательной способности, измерение температуры образца и двух металлических пластин и плотности лучистого зо потока источника излучения, металлические пластины устанавливают перед исследуемой поверхностью образца, помещают образец в металлическую ячей -ку, нагревают ее и поддерживают температуру ячейки, равной температуре об- Зэ разца, а излучательную и поглощательную способности покрытия определяют по формулам. о(„ ) о

AgE 41)

И где с - излучательная способность;

А - поглощательная способность;

Т - температура;

Е„,- плотность лучистного потока 5о источника излучения;

6 - постоянная Стефана-Больцмана,индексы 0,1,2 относятся соответственно к образцу, первой и второй металлическим пластинам.

Кроме того, температуру образца измеряют на глубине Ь (0,25 H от

4 исследуемои поверхности образца где Н - толщина образца.

На чертеже показана схема устрой.ства, реализую1цего предлагаемый способ.

Устройство для реализации способа содержит металлические пластины 1 и

2, вакуумную камеру 3 с зачерненными и ахлаждаемыми до криогенных температур стенками, имитатор солнечного излучения 4, приемник 5 для измерения имитируемого солнечного потока, препарированную термопарами нагреваемую медную ячейку 6.Исследуемый образец

7 представляет собой пластину с размерами, например, 150xl50x10 мм, на лицевую поверхность которой нанесено исследуемое покрытие. На глубине

1,5 — 2,5 мм от лицевой поверхности в нем находится датчик температурыспаи термопары 8. Для испытания oGpaзец вставляют в ячеку — снабженную омическим нагревателем медную коробку с внутренними размерами также

150х150х10 мм и толщиной стенок 1 мм, при этом обратной и боковой поверхностями образец плотно прилегает к стенкам коробки. Затем ячейку с образцом подвешивают на координатнике в зоне светового потока солнечного имитатора. Далее в центре перед образцом на расстоянии. 10 мм устанавливают препарированные термопарами две металлических пластины 1 и 2 диаметром

5-6 мм, причем на них наносят покры" тия, различающиеся между собой отношением А/Е, например, белая и черная эмали АК-512, у которых А/Е соответственно 0,35 и 1.

Измерения проводятся в следующей, последовательности.

Камеру закрывают, вакуумируют до давления Р<10 мм Hg, стенки ка— 4 меры охлаждают жидким азотом до крио". о генной температуры t = 196 С и после этого включают имитатор солнечного излучения. В процессе нагрева образца и после выхода на стационарный режим измеряют температуру образца ТО и ячейки То, причем с помощью нагревателя ячейки поддерживают равенство температур Т 1-T . Следовательно, обеспечивается абсолютная теплоиэоляция обратной и боковой поверхностей образца и для температуры исследуемой поверхности образца Т„ выполняется условие: Т„=Т =Т, . Таким образом, установка спая термопары в образце на глубине h(0 25 Н позволя281У4 6

55

5 9 ет определить температуру исследуемой

-поверхности беэ нарушения покрытия на ней. В то же время для сведения к минимуму погрешностей определения Тн из-эа погрешностей измерения температур образца и ячейки нецелесообразно устанавливать спаи термопары на большой глубине. В практическом эксперименте из-эа неидеальности средств измерения и регулирования температур всегда имеет место разность Т -Т = н о

<Т<-Т9) -----, где разность темпера.Н-h тур в правой части обусловлена погрешностями измерения и регулирования температур образца и ячейки. Таким образом, для принятой глубины установки спая термопары указанная погрешность равняется Т,-ТО 0,33(ТО

Т ) . Погрешность определения поверхностной температуры обусловлена ус:тановкой спая термопары на глубине

h<0,25 Н от исследуемой поверхности и составляет менее 0,1Ф, Величины

А fo покрытия на образце определяют-, ся на стационарном режиме из решения уравнений теплового баланса образца и пластин и баланса лучистых потоков.

АоЕ =f 6т,(З)

° (E 4Q p)+0L„f())dg=gf„gT„,(4) 5

1о

15 и

3О

А (Е„ Е ) д Е ЬТ =М Ьт,(5) где Е „ - плотность отражения от образца лучистого потока; с(яЫ - поглощательная способность покрытия на ме" таллических пластинах по отношению к собственному излучению образца.

Учитывая, что образец и пластины излучают в инфракрасном спектре, нетрудно подобрать покрытия, у которых

clq=f q и cl =-E@. Тогда из решения уравнений 3) - (5) получаются соотношения (1) и (2), иэ которых определяются Ао,бо . Варьируя интенсивность источника излучения, можно нагревать образец до различных температур, и,таким образом, получать температурные зависимости АоiT), Ео (Т) покры"

-тия на образце.

По сравнению с известными способами предлагаемый способ имеет следующие преимущества. В одном испытании определяются основные радиационные " характеристики, включающая излучатель ную способность, покрытия на неметаллическом материале, а также температура исследуемой поверхности на образце определяется с высокой точностью без нарушения покрытий на ней.

Как правило, при измерениях поверх.ностных температур на неметаллических материалах датчики температуры - спаи термопар приклеивают. к поверхности с помощью термостойкосго клея или приваривают к металлической пластине, которую свободно кладут или прижимают к исследуемой поверхности. Основные погрешности измерения при этом обусловлены тем, что трудно обеспечить надежный тепловой контакт между поверхностью и датчиком температуры, элементы крепления температурного датчика (клей, пластина) имеют теплофизические, в частности радиационные свойства, отличающиеся от аналоговых свойств образца и поверхности, при отсутствии теплоизоляции образца и .наличии теплового потока, проходящего через образец в местах установки температурных датчиков, возникают значительные деформации температурного поля в образе, и.,в частности, на поверхности. В результате погреш". ности измерения поверхностных темпе.ратур на неметаллических образцах могут достигать нескольких процентов (3-Я). В этом случае погрешности определения радиационных характеристик могут составлять 10-203. В предлагаемом способе определения поглощательной и излучательной способности перечисленные выше источники погрешностей устранены. Анализ точности показал, что для стандартных термопар и регистрирующих приборов класса 0,5 погрешность определения температуры исследуемой поверхности составляет, 0,5-0,63, а погрешность определения,радиационных характеристик покрытийI на неметаллических образцах - равняется 3-54- Таким образом, в предлагаемом способе достигается повышение точнссти более чем в 2 раза, по сравнению с известными способами определения поглощательной и излучатель-: ной способности на неметаллических материалах. формула изобретения

l. Способ определения поглощательиой и излучательной способности слабоформулам рытия определяют по

b„ Aq

ll. — f - — 7„ Е " р+

Ао- о

20

8НИИПИ Заказ 3224/52 883, Подписное филиал ППП "Патент", r Ужгород ул Проектная, 4

7 9281 селективных покрытий на неметаллических материалах, включающий освещение образца и двух металлических пластин, имеющих покрытия, различающиеся отношением поглощательной и излучательной способности, измерение температуры образца и двух металлических пластин и плотности лучистного потока источника излучения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ- 10 ности измерения, металлические пластины устанавливают перед исследуемой поверхностью образца, помещают образец в металлическую ячейку, нагревают ее и . поддерживают температуру ячейки, рав- >s ной температуре образца,. а излучатель- ную и поглощательную способности пок74 8 где t - иэлучательная способность

А - поглощательная способность, Т - температура;

Е 1 - плотность лучистного потока источника излучения;

b " постоянная Стефана-Больцмана, индексы 0,1,2 относятся соответственно к образцу, первой и второй металлическим пластинам.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что температуру образца измеряют на глубине h 0,25 Н от исследуемой поверхности образца, где Н - толщина образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Излучательные свойства твердых материалов. Справачник. Под.ред.

Я.Е.Шейдлина.И., "Энергия", 1974, с. 178

2. Авторское свидетельство СССР и 587344, кл. G 01 J 5/32, 1978 прототип) .