УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ Российский патент 2016 года по МПК G01J5/02 

Описание патента на изобретение RU2593445C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оптико-физических исследованиях теплозащитных материалов при высоких температурах.

Известно устройство для измерения спектральных коэффициентов инфракрасного излучения, содержащее вакуумную камеру, исследуемый образец, монохроматор и приемник излучения (патент РФ №2339921, МПК G01J 5/00, 2006). Устройство предназначено для измерения спектральной излучательной способности электропроводящих материалов и материалов с высокой теплопроводностью.

Это устройство не позволяет измерять излучательную способность теплозащитных материалов при высоких температурах.

Известно устройство для измерения излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах, содержащее вакуумную камеру, радиационный нагреватель с расположенным в нем датчиком тепловых потоков и механизм вращения исследуемого образца (Л.Я. Падерин, Б.В. Прусов, О.Д. Токарев. «Установка для исследования интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов и терморегулирующих покрытий». Ученые Записки ЦАГИ, т. XLII, №1, 2011, стр. 53-61). Устройство обеспечивает измерение при высоких температурах интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов, но не позволяет измерять спектральную излучательную способность материалов.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего измерять спектральную излучательную способность теплозащитных материалов при температурах выше 1000 К.

Решение задачи и указанный технический результат достигаются тем, что в устройстве для измерения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах, содержащем вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель с расположенным в нем датчиком тепловых потоков, спектрометр, компьютер и модель черного тела, в нагревателе на равном расстоянии от оси вращения расположены датчик теплового потока, термопарные датчики и охлаждаемая трубка, верхний торец которой расположен на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, а за нижним торцом трубки установлено плоское зеркало для вывода излучения к спектрометру через оптическое окно в вакуумной камере.

На фиг.1 представлена оптическая схема устройства.

Фиг. 2 - вид сверху на омический нагреватель (при отсутствии испытываемого образца и механизма вращения).

Устройство (фиг. 1) содержит вакуумную камеру 1, омический нагреватель 2 с расположенным на нем термопарным датчиком 3 и датчиком теплового потока 4, механизм вращения образца 5, образец 6, термопарный датчик 7, расположенный в зазоре между исследуемым образцом и нагревателем, охлаждаемую трубку 8 для вывода собственного излучения образца, плоское зеркало 9, оптическое окно 10, перекидное зеркало 11, оптическое окно 12, плоское зеркало 13, спектрометр 14 с компьютером 16 и модель черного тела 15.

На фиг. 2 видно взаимное расположение на равном расстоянии от оси вращения термопарного датчика 3, датчика теплового потока 4, охлаждаемой трубки 8, установленных на омическом нагревателе, и термопарного датчика 7, расположенного в зазоре между исследуемым образцом и нагревателем.

Исследуемый образец материала устанавливается на узле крепления механизма вращения 5. Механизм вращения 5 служит для устранения возможной неравномерности температурного поля образца 6 из-за наличия в нагревателе 2 зон, занятых датчиком теплового потока 4 и трубкой 8.

Собственное излучение образца 6 выводится из вакуумной камеры 1 через оптическое окно 10. Потери, связанные с поглощением излучения в окне 10, учитываются при сравнении исследуемого излучения и излучения от модели черного тела 15 за счет установки симметрично относительно перекидного зеркала 11 оптического окна 12.

Измеренные сигналы анализируются в компьютере 16. Компьютер 16 обеспечивает автоматизацию процесса измерения излучательной способности материалов.

Трубка 8 обеспечивает вывод потока собственного излучения и его диафрагмирование для согласования с апертурой спектрометра 14 и модели черного тела 15.

Расположение верхнего торца трубки 8 вблизи поверхности образца 6 на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, позволяет выводить через нее поток собственного излучения образца, отсекая потоки переизлучения.

Определение спектральной излучательной способности теплозащитных материалов основано на сравнении монохроматических энергий излучения образца и модели черного тела при равных температурах.

Измерения заключаются в фиксировании интегрального потока собственного излучения образца и спектров излучения образца и модели черного тела.

Процедура измерений состоит в следующем.

После выхода устройства на стационарный тепловой режим, фиксируемый температурными датчиками 3 и 7, образец 6 приводится во вращение и с помощью датчика 4 измеряется плотность собственного теплового потока. По результатам этих измерений по следующей зависимости, полученной из рассмотрения лучистого теплообмена между образцом 6 и нагревателем 2, вычисляется температура образца То

где q - плотность собственного излучения образца;

σ - постоянная Стефана-Больцмана;

Т3, Т7 - температуры, фиксируемые термопарами 3 и 7;

ε2 - интегральная полусферическая излучательная способность поверхности нагревателя.

По вычисленной температуре образца выставляется температура модели черного тела и затем измеряется спектр излучения образца и с помощью перекидного зеркала 11 - спектр излучения модели черного тела.

Излучательная способность ελ вычисляется по следующей зависимости

где Nλo - сигнал от приемника спектрометра при измерении излучения образца;

Nλmt - сигнал от приемника спектрометра при измерении излучения модели черного тела;

Nλp - сигнал от приемника спектрометра при измерении поглощения излучения оптическим стеклом окна вакуумной камеры.

Поглощательная способность Nλp=f(λ) оптического стекла окна вакуумной камеры определяется в предварительных испытаниях.

Предлагаемое устройство позволяет измерять излучательные характеристики материалов в важном для практики диапазоне температур вплоть до 2000 К.

Похожие патенты RU2593445C1

название год авторы номер документа
Устройство для измерения интегральной полусферической излучательной способности частично прозрачных материалов 2015
  • Потапов Юрий Федорович
  • Токарев Олег Дмитриевич
RU2610552C1
Устройство для измерения излучательной способности твердых непрозрачных материалов 1989
  • Хлебников Олег Евгеньевич
  • Халатов Артем Артемович
SU1732181A1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО НАГРЕВА (ВАРИАНТЫ) 2015
  • Брыкин Михаил Владимирович
  • Васин Андрей Андреевич
  • Шейндлин Михаил Александрович
RU2597937C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ СПЕКТРАЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 2007
  • Потапов Юрий Фёдорович
  • Витковский Вячеслав Владимирович
  • Горшенев Виктор Григорьевич
RU2339921C1
Способ измерения интегральной излучательной способности с применением микропечи (варианты) 2015
  • Брыкин Михаил Владимирович
  • Васин Андрей Андреевич
  • Шейндлин Михаил Александрович
RU2607671C1
Устройство для определения излучательной способности материалов 1977
  • Вдовин Виктор Григорьевич
  • Менчев Юрий Петрович
  • Островский Геннадий Ефимович
  • Евтехов Владимир Титович
SU661264A1
Способ и устройство для измерения направленного коэффициента инфракрасного излучения материала 2017
  • Казьмин Евгений Александрович
  • Корнилов Андрей Борисович
  • Корнилов Глеб Андреевич
  • Чернявский Александр Александрович
RU2662053C1
Устройство для измерения опти-чЕСКиХ СВОйСТВ РАСплАВОВ ОКиСлОВМЕТАллОВ и МЕТАллОидОВ 1978
  • Ананьев Анатолий Александрович
  • Вафин Данил Биллярович
  • Зыков Валерий Юрьевич
  • Шигапов Айрат Багауович
SU807170A1
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 2017
  • Сиренко Александр Васильевич
  • Мазанов Валерий Алексеевич
  • Кокшаров Виктор Васильевич
  • Макейкин Евгений Николаевич
  • Маркин Сергей Викторович
  • Авдошина Ольга Евгеньевна
RU2664969C1
СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА 2014
  • Цыганов Вячеслав Александрович
  • Лобастов Сергей Александрович
  • Базаров Юрий Борисович
RU2552599C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 593 445 C1

Реферат патента 2016 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения излучательной способности материалов. Устройство содержит вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель, спектрометр, компьютер и модель черного тела. При этом в нагревателе на равном расстоянии от оси вращения расположены датчик теплового потока, термопарные датчики и охлаждаемая трубка, верхний торец которой расположен на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, а за нижним торцом трубки установлено плоское зеркало для вывода излучения к спектрометру через оптическое окно в вакуумной камере. Технический результат заключается в обеспечении возможности проведения измерений при температурах выше 1000 К. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 593 445 C1

Устройство для измерения спектральной излучательной способности материалов, содержащее вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель с расположенным в нем датчиком тепловых потоков, спектрометр, компьютер и модель черного тела, отличающееся тем, что в нагревателе на равном расстоянии от оси вращения расположены датчик теплового потока, термопарные датчики и охлаждаемая трубка, верхний торец которой расположен на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, а за нижним торцом трубки установлено плоское зеркало для вывода излучения к спектрометру через оптическое окно в вакуумной камере.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2593445C1

Л.Я
Падерин и др
"Установка для исследования интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов и терморегулирующих покрытий", УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ, т
XLII, No 1, 2011 г., стр
Веникодробильный станок 1921
  • Баженов Вл.
  • Баженов(-А К.
SU53A1
Устройство для измерения излучательной способности твердых непрозрачных материалов 1989
  • Хлебников Олег Евгеньевич
  • Халатов Артем Артемович
SU1732181A1
Устройство для определения индикатрисы излучения материалов 1986
  • Падерин Л.Я.
  • Баскин И.М.
  • Казаков В.В.
  • Жигарева Л.П.
SU1347669A1
US 4408878 A1, 11.10.1983.

RU 2 593 445 C1

Авторы

Потапов Юрий Федорович

Миллер Алексей Борисович

Токарев Олег Дмитриевич

Даты

2016-08-10Публикация

2015-06-09Подача