СПОСОБ НАГРЕВА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБРАЗЦОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N25/00 

Описание патента на изобретение RU2533338C2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры образцов, прозрачных в ИК- (инфракрасной) области излучения.

Известен способ определения температуры образцов, прозрачных в ИК-области, подвергаемых воздействию потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения, включающий нагрев или охлаждение образцов, измерение температуры образцов с помощью термопар, образцы помещают в замкнутый корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, расположенный в вакуумной камере, откачивают воздух до давления 10-3-10-5 Па, нагревают или охлаждают корпус на заданный интервал температуры (см. патент RU 2212650, 20.09.2003).

Недостатком способа измерения температуры является зависимость температуры измерительного спая термопар не только от температуры поверхности образца, которую требуется измерить, но и от интенсивности и пространственной структуры ИК-излучения, что делает процесс определения температуры образца неопределенным.

Задачей изобретения является разработка способа определения температуры образцов, прозрачных в ИК-области, исключающего влияние пространственной неоднородности ИК-излучения, разной инерции поглощения ИК-излучения, термопарами с малой инерцией и большим коэффициентом поглощения и исследуемыми образцами с значительной инерцией и малым коэффициентом поглощения.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ определения температуры образцов, прозрачных в ИК-области, подвергаемых воздействию потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения, включающий нагрев или охлаждение образцов, измерение температуры образца с помощью термопар, при этом образцы помещают в замкнутый корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью (малой тепловой инерцией, устойчивого к воздействию ионизирующих излучений - медь, сталь), расположенный в вакуумной камере, откачивают воздух до давления 10-3-10-5 Па (соответствует высокому вакууму (beeaif.com/node/88), когда длина свободного пробега молекулы воздуха размера вакуумной камеры на несколько порядков, что исключает влияние молекул воздуха на неоднородность и нестабильность температуры внутри температурной ячейки за время стабилизации температуры образцов порядка 5 мин/град), нагревают или охлаждают корпус на заданный интервал температуры, производят непрерывные предварительные измерения температуры термопарами, расположенными снаружи и внутри корпуса вместе с исследуемыми образцами, до момента стабилизации температуры, затем производят конечные измерения температуры данными термопарами в момент стабилизации температуры, которая совпадает с температурой исследуемого образца до внешнего воздействия потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения, производят внешнее воздействие, после внешнего воздействия полностью повторяют процедуру измерения температуры образцов. При этом во всей области изменений и измерения температуры после изменений воздействия на исследуемые образцы определяет температуру, задает интервал температуры и контролирует момент наступления теплового равновесия автоматический высокоточный регулятор температуры (ВРТ) (www.ngpedia.ru/id224605p2.html).

Для начального исследования температурного поля внутри и снаружи температурной ячейки (замкнутого корпуса) количество термопар внутри и снаружи может быть достаточно большим, после проведения калибровки данной конкретной температурной ячейки термопары устанавливают в местах минимальных флуктуаций градиента температурного поля, и их количество сокращается до необходимого минимума в пределе до одной внутри корпуса (при известности времени релаксации температурного поля). Плавный разогрев (охлаждение) корпуса гарантирует отсутствие внутри него температурных градиентов, фиксируемых термопарами, длительный температурный режим обеспечивает прогрев (охлаждение) образцов, находящихся внутри него, до температуры самого корпуса.

На чертеже изображена конструкция температурной ячейки, позволяющей осуществлять данный способ.

Ячейка находится в вакуумной камере 1 и состоит из разъемного корпуса 2, основания 3, нагревателя корпуса 4, охладителя корпуса 5, электромагнитного толкателя 6, исследуемых образцов 7, вкладышей для экранирования воздействия 8, отверстия для внешнего воздействия 9, пластины, закрывающей внешнее отверстие и экранирующей от потерь тепла и внешних излучений 10, термопар 11, автоматического высокоточного регулятора температуры (ВРТ) 12, источника внешнего воздействия 13, теплового экрана 14, свободного объема ячейки для приема исследуемых образцов и вкладышей 15, вакуумного насоса 16.

Способ определения температуры образцов осуществляется следующим образом. Предварительно вакуумным насосом 16 откачивается воздух до давления 10-3-10-5 Па, измеряется начальная температура образца через измерение температуры внутри и снаружи корпуса 2 последовательно термопарами 11 до тех пор, пока не установится определенная температура теплового равновесия, которая совпадает с начальной температурой образца до внешнего воздействия, затем после открытия пластины, закрывающей внешнее воздействие 10, через отверстие для внешнего воздействия 9 первый нижний образец 7 подвергается внешнему воздействию, например облучению лазером, после чего закрывается пластина 10 и снова измеряется температура образца через последовательное измерение температуры снаружи и внутри корпуса 2 термопарами 11 до тех пор, пока не установится определенная температура теплового равновесия, которая совпадает с температурой образца после внешнего воздействия. Для исследования различий при изменении степени воздействия и изменении температуры в ячейке предусмотрен механизм смены образцов. С помощью электромагнитного толкателя 6 первый нижний образец 7 и вкладыш 8 смещаются из области внешнего воздействия в свободный объем ячейки для приема исследуемых образцов и вкладышей 15. Далее включается нагреватель 4 или охладитель 5 с целью повышения или понижения температуры на заданный интервал и повторяется процедура измерения начальной температуры образца до внешнего воздействия через измерение температуры снаружи и внутри корпуса 2 термопарами 11 до тех пор, пока не установится определенная температура теплового равновесия, которая совпадает с начальной температурой второго образца 7 до внешнего воздействия, после чего на второй исследуемый образец 7 воздействуют, например, лазерным лучом той же плотности мощности и снова измеряется температура второго образца 7 через последовательное измерение температуры снаружи и внутри корпуса 2 термопарами 11 до тех пор, пока не установится определенная температура теплового равновесия, которая совпадает с температурой второго образца 7 после второго внешнего воздействия при другой начальной температуре. При этом во всей области изменения и измерения температуры, а также изменения воздействия на исследуемые образцы определяет температуру, задает интервал температуры, контролирует момент наступления теплового равновесия и, подает сигналы на исполнительные устройства (ИУ) нагреватель, охладитель автоматический высокоточный регулятор температуры (ВРТ) 12.

Пример

Корпус температурной ячейки был выполнен размерами 15×15×60 мм из меди. Для создания вакуума использовалась стандартная вакуумная установка УВР-32, измерение и контроль температуры осуществлялись высокоточным регулятором температуры ВРТ-2 с погрешностью измерения 0,01°С. Время выхода на режим работы с 20°С до 500°С при полностью загруженной ячейке и достигнутом вакууме 10-3-10-5 Па составило 15 минут. Размеры образцов, изготовленных методом выкалывания из монокристалла KCl, составляли 10×10×2 мм, при этом инерционность полностью загруженной ячейки данными образцами составила 5 мин/град в интервале температур от 200°С до 500°С. Относительная погрешность измерения температуры составила 3%. При применении кристаллов NaCl инерционность составила 5 мин/град в интервале температур от 200°С до 500°С при той же относительной погрешности измерения.

Таким образом, данный способ использования квазизамкнутого объема и теплового поля с неоднородностью меньше погрешности измерения в температурной ячейке позволяет однозначно определять температуру любых исследуемых образцов, в том числе прозрачных в ИК-области с высокой точностью, поскольку исключает преимущественный нагрев термопар за счет ИК-излучения без нагрева образцов, прозрачных для ИК-излучения.

Похожие патенты RU2533338C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Янишевский Владимир Фёдорович
  • Крастынь Виктор Фрицевич
  • Калуцких Вячеслав Александрович
RU2426106C1
Оптический криостат 1975
  • Тамашявичус Арунас Витаутович
  • Балявичюс Саулюс Зигмович
SU581352A1
Способ измерения теплофизических свойств материалов и установка для его осуществления с использованием термовизоров 2023
  • Торчик Марина Васильевна
  • Котов Михаил Алтаевич
  • Соловьев Николай Германович
  • Шемякин Андрей Николаевич
  • Якимов Михаил Юрьевич
RU2807433C1
Способ косвенного измерения теплопроводности по данным диэлькометрических измерений 2022
  • Щербинин Всеволод Владиславович
  • Уланов Петр Николаевич
RU2789020C1
Способ определения параметров теплофизических характеристик слоя сыпучих технологических материалов 2015
  • Власов Анатолий Борисович
  • Шокина Юлия Валерьевна
  • Шокин Григорий Олегович
RU2616343C1
Способ измерения теплофизических свойств материалов и установка для его осуществления с использованием пирометров 2023
  • Торчик Марина Васильевна
  • Котов Михаил Алтаевич
  • Соловьев Николай Германович
  • Шемякин Андрей Николаевич
  • Якимов Михаил Юрьевич
RU2807398C1
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КАБЕЛЬ 1993
  • Лещенко Александр Степанович
RU2087956C1
Способ измерения теплофизических свойств материалов и установка для его осуществления с использованием датчиков теплового потока 2023
  • Торчик Марина Васильевна
  • Котов Михаил Алтаевич
  • Соловьев Николай Германович
  • Шемякин Андрей Николаевич
  • Якимов Михаил Юрьевич
RU2811326C1
Теплопроводящий калориметр для определения плотности потока ионизирующего излучения и способ изготовления его калориметрической ячейки 1981
  • Карпенко В.Г.
  • Погурская Ж.Л.
  • Аваев В.Н.
  • Ефимов Е.П.
SU1005565A1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛА 2013
  • Бычков Николай Григорьевич
  • Першин Алексей Викторович
  • Хамидуллин Артем Шамилевич
RU2532609C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ НАГРЕВА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБРАЗЦОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для нагрева и измерения температуры образцов, прозрачных в инфракрасной области излучения (ИК). Предложен способ определения температуры образцов, прозрачных в ИК-области, подвергаемых воздействию потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения, включающий нагрев или охлаждение образцов, измерение температуры образцов с помощью термопар. Образцы помещают в замкнутый корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, расположенный в вакуумной камере, откачивают воздух до давления 10-3-10-5 Па, нагревают или охлаждают корпус на заданный интервал температуры. Производят непрерывные предварительные измерения температуры термопарами, расположенными снаружи и внутри корпуса вместе с исследуемыми образцами, до момента стабилизации температуры. Затем производят конечные измерения температуры данными термопарами в момент стабилизации температуры, которая совпадает с температурой исследуемого образца до внешнего воздействия потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения. Производят внешнее воздействие, после внешнего воздействия полностью повторяют процедуру измерения температуры образцов. Технический результат - повышение точности определения температуры образцов, прозрачных в ИК-области. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 533 338 C2

Способ определения температуры образцов, прозрачных в ИК-области, подвергаемых воздействию потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения, включающий нагрев или охлаждение образцов, измерение температуры образцов с помощью термопар, образцы помещают в замкнутый корпус, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, расположенный в вакуумной камере, откачивают воздух до давления 10-3-10-5 Па, нагревают или охлаждают корпус на заданный интервал температуры, отличающийся тем, что производят непрерывные предварительные измерения температуры термопарами, расположенными снаружи и внутри корпуса вместе с исследуемыми образцами, до момента стабилизации температуры, затем производят конечные измерения температуры данными термопарами в момент стабилизации температуры, которая совпадает с температурой исследуемого образца до внешнего воздействия потоками заряженных частиц или электромагнитного излучения, производят внешнее воздействие, после внешнего воздействия полностью повторяют процедуру измерения температуры образцов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2533338C2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ФИЗИЧЕСКИХ И/ИЛИ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА 2002
  • Калачев А.А.
  • Блашенков Н.М.
  • Иванов Ю.П.
  • Ковальский В.А.
  • Мясников А.Л.
  • Мясникова Л.П.
RU2212650C1
Способ измерения температур и энергий активации молекулярных переходов в полимерах 1980
  • Кулешов Игорь Викторович
  • Бартенев Георгий Михайлович
  • Калнинь Мартин Мартинович
  • Авотиньш Янис Янович
SU928207A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ 2009
  • Бычков Николай Григорьевич
  • Хамидуллин Артем Шамилевич
RU2415408C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2011
  • Архипов Владимир Афанасьевич
  • Жарова Ирина Константиновна
  • Гольдин Виктор Данилович
  • Куриленко Николай Ильич
RU2468360C1
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПОЛЕ ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ 2009
  • Бычков Николай Григорьевич
  • Лепешкин Александр Роальдович
RU2417367C1
CN 101140249 A,12.03.2008
US 6331075 B1, 18.12.2001

RU 2 533 338 C2

Авторы

Савенко Олег Михайлович

Кузин Александр Геннадьевич

Даты

2014-11-20Публикация

2013-01-25Подача