Прибор для изучения теплового излучения Советский патент 1990 года по МПК G09B23/06 

S

(Л

Изобретение относится к учебным пособиям по теплотехнике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, для чего в приборе для изучения теплового излучения, содержащем источник теплового излучения, диафрагму для пластин из исследуемых материалов, в диафрагме помимо исследуемой пластины установлены две эталонные с известной степенью черноты, со стороны этих пластин, обращенной к источнику излучения, установлены тепломеры, а источник излучения установлен с возможностью перпендикулярного диафрагме перемещения вдоль шкалы, характеризующей температуру излучающей поверхности пластины. Прибор позволяет на основании замеров температур на поверхностях тепломеров определить коэффициент степени черноты исследуемого материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к учебным пособиям по теплотехнике и может быть использовано при изучении студентами основных законов излучения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей прибора.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прибор, разрез по оси одного из источников излучения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (разрез, перпендикулярный осям источников излучения); на фиг. 3 - одна из пластин с тепломером.

Прибор содержит основание 1, на котором установлена диафрагма 2 с отверстиями для тепломера 3 и исследуемой или эталонной пластины 4 (всего таких пластин, как показано на фиг. 2, три: а и б - эталонные, в - опытная). На боковых поверхностях тепломера 3 установлены термопары 5, а сторона тепломера, обращенная к источнику излучения, имеет покрытие 6 со степенью черноты, близкой к единице, для обеспечения максимального теплового потока через тепломер. На подвижной стойке 7 установлен

источник 8 излучения, который вместе со стойкой может перемещаться перпендикулярно диафрагме вдоль температурной щкалы 9. В диафрагме концентрично отверстиям, в которых установлены пластины 4, выполнен кольцевой паз 10, в который входит кожух 11 источника 8 излучения, причем кожух может перемещаться по цилиндрическому корпусу 12 в осевом направлении.

Эталонные пластины а и б выполнены из материалов с известной степенью черноты, для одной из пластин эта величина близка к единице (например, пластина а выполнена из тонкой листовой меди и внешняя поверхность ее покрыта черным матовым лаком, имеющим степень черноты 0,97), а для второй пластины эта величина близка к нулю (например, пластина б выполнена из тонкого листового алюминия с полированной внешней поверхностью со степенью черноты 0,05).

Пластина в выполнена из материала, излучательная способность которого (степень черноты) определяется опытным путем.

Прибор работает следующим образом.

С5

о

00 4 N3 1чЭ

Источники излучения устанавливают на таком расстоянии от пластин, чтобы температуры на их излучающих поверхностях были одинаковы при установившемся тепловом режиме. Для сокращения выведения прибора на требуемый температурный режим на основании для каждого источника излучения нанесены температурные шкалы, которые фиксируют температуру излучающей поверхности соответствующей пластины в зависимости от расстояния до источника излучения. В лабораторной работе все три пластины не меняют от опыта к опыту, поэтому имеется возможность эти шкалы получить опытным путем заранее. Если же в качестве пластины в каждый раз исследуется новый материал, то для нее требуемое положение источника излучения находят подбором. Все условия проведения опыта должны соответствовать тем, при которых были получены температурные шкалы. Поскольку термическое сопротивление пластин ничтожно, то за температуру внешней поверхности ее принимают показание термопары, находящейся между ней и тепломером. Если термическим сопротивлением пластины пренебречь нельзя, то на ее поверхности также должна быть установлена термопара. Тепломер выполнен из стекла, с коэффициентом теплопроводности 0,745 Вт/м-К и служит для определения величины теплового потока через пластину.

Если все три пластины находятся в одинаковых условиях и на их излучающей поверхности установилась одинаковая температура, то формулы стационарного теплообмена запишутся в виде

QZ,- Со F ()-(). /г(7„ Т)-

|av-)

Со F ()-()а. f (Г„- 7,)

|(y-5 V/ -AQ;

.f().F(r«-r,)

|()-f-AQ,

где Q, Q - тепло, передаваемое тепло

проводностью через пластины а, б и б;

коэффициенты степени черноты поверхностей этих пластин;

коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;

величина поверхности пластины, излучающей тепло; и 7 - температуры окружающего воздуха и поверхности излучения;

бц, 8g и 8 Со

F -

а.- коэффициент теплоотдачи

от поверхности пластины к воздуху;

б -толщина тепломера;

5 - теплопроводность материала тепломера;

Т и Т - температуры поверхностей тепломеров у соответствующих пластин.

Индексы Ч и Б означают «черное тело 0 и «белое тело. AQ - тепловые потери через цилиндрическую поверхность тепломеров. Ввиду того, что диафрагма выполнена из материала очень низкой теплопроводности, этими тепловыми потерями можно 5 пренебречь, кроме того, они примерно одинаковы у всех трех образцов и потому наличие их на точности расчетов практически не отразится. Если же возникает необходимость, например, при недостаточно низкой теплопроводности материала диафрагмы 0 полностью ликвидировать эти тепловые потери, вводят кожух на соответствующую глубину и добиваются равенства показаний термопар в центре тепломера и на периферии.

g Коэффициент черноты поверхности пластины в определяют по формуле

30

Е- ч+е«-4 if-A

гдеЛ

.«ч-е

35

а коэффициент излучения исследуемого тела равен

.Со. Формула изобретения

I. Прибор для изучения теплового из- 0 лучения, содержащий источник теплового излучения и диафрагму с отверстиями для установки пластины из исследуемого материала, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он имеет две дополнительные диафрагмы с пластинами с известной степенью черноты поверхности и дополнительные источники излучения, расположенны:е напротив пластин с возможностью перемещени-я относительно них, тепломеры, закрепленные на 0 внутренних сторонах пластин, и шкалу, нанесенную на основание, характеризующую перемещение источников излучения.

а

г. б.

Фиг. г

Фиг.1