Модель абсолютно черного тела Советский патент 1991 года по МПК G01J5/02 

Изобретение относится к измерительной технике, о частности к пирометрии, и может быть использовано в качестве эталонного источника излучения для метрологического обеспечения при абсолютной калибровке термоизмерительной аппаратуры

Целью изобретения является повышение точности градуировки.

Па фиг 1 показана конструкция модели аб:олютно черного тела; на фиг 2 - разрез А-А на фиг.1

Конструкция модели состоит из внешнего цилиндра 1, на поверхности которого размещены нагреватель 2 и холодильник 3, внутренних излучающих полостей 4 и 5. имеющих полусферические торцы б и 7 соответ- ствемно, поверхность коаксиальной

полости покрыта капиллярной структурой 8 насыщенной жидкостью 9

Дополнительными элементами конструкции являются капиллярно-пористое оксидированное покрытие 10, а также электрический герметим мй ввод 11 и шту цер12 вакуумирования в герметичном кожухе 13.

Модель абсолютно черного тела (АЧТ) работает следующим образом.

При подводе тепловой энергии от нагревателя 2 через сменку цилиндра 1 жидкая фаза теплоносителя 9 испаряется из прилегающей капилляоной структуры 8 пар переносится в холодную противоположную часть коаксиального зазора и там конденсируется на капиллярную структуру 8, отдавая скрытую теплоту парообразования через

О

ю ю

;V|

:xj

VI

стенку цилиндра 1 к холодильнику 3. Образовавшийся конденсат по капиллярной структуре 8 возвращается к нагревателю 2. Эффект поршнеобразного кипения в рассматриваемой модели АЧТ устраняется за счет того, что основная доля теплоносителя находится в порах структуры (за исключением небольшого избытка).

Внутренняя поверхность зазора между торцами полостей, содержащего теплоноситель в двухфазном состоянии, выполнена таким образом, что между полусферами и капиллярной структурой имеется кольцевая сужающаяся клиновидная полость, обладающая свойством жидкостной ловушки. Она работает следующим образом, при изменении рабочей температуры изменяется плотность пара, а значит и масса теплоносителя, содержащегося в нем, что может привести к избытку жидкой фазы теплоносителя. Учитывая, что в полости имеется капиллярная структура, полностью насыщенная теплоносителем, образовавшийся избыток будет скапливаться в месте, обладающем повышенной кривизной, то есть в зазоре кольцевой полости между капиллярной структурой и выпуклой частью полусферической полости.

Капиллярно-пористая структура выполнена в виде цилиндра (например, в виде спеченных медных шариков или в виде саржевой сетки), закрепленного на внешней поверхности излучающей полости (го есть внутри коаксиальной полости) и разделяющего всю полость с двухфазным теплоносителем на две сообщающиеся между собой через поровую структуру капиллярного материала.

В конструкции модели абсолютно черного тела излучающая полость покрыта тонким слоем пористого медного оксидированного материала. Любое покрытие поверхностей приводит к снижению коэффициента теплопередачи, а значит и к увеличению неизотер- мичности внешней поверхности покрытия, поэтому необходимо обеспечить его минимальную толщину. Гарантированно-пористой покрытой поверхностью является слой с толщиной не менее 5-10 калибров (диаметров дисперсных частиц). Наиболее приемлемым способом нанесения тонкого пористого покрытия в узких глубоких полостях является плазменное напыление При плазменном напылении оптимальным является диаметр частиц 20 -30 мкм Следовательно, диапазон приемлемых толщин получаемого покрытия будет 100 - 300 мкм

Высокая степень черноты достигается дополнительным оксидированием, при этом радиус частицы (металла) уменьшается на 4 - 5 мкм, а толщина должна быть не меньше

8-10 мкм. Медная основа частиц должна в несколько раз превышать толщину оксидированного слоя для обеспечения прочности и кондуктивной передачи тепла и иметь минимальный диаметр 20 - 30 мкм. Плэзменпая технология предполагает, что частицы наносятся на поверхность в жидком состоянии, при этом толщина их несколько уменьшается, следовательно, можно принять минимальный диаметр частицы в пористом

покрытии 20 мкм

Практика нанесения пористых покрытий показывает, что гарантированным считается слой, состоящий как минимум из 5

калибров, т.е состоящий минимум из 5 частиц по толщине, в данном случае она будет равна 5х20мкм 100 мкм. Максимальное значение толщины покрытия определяется дополнительными неровностями поверхности излучения. При механической обработке они составляют не более 200 мкм. Следовательно, максимальная толщина пористого покрытия будет иметь величину мкм 300 мкм

Другим фактором, оказывающим влияние на тарирование пирометров излучения, является фоновая температура и степень неизотермичности вокруг модели абсолютно черного тела. Причиной этого является

тепловой поток от нагревателя и вблизи холодильника. Учитывая то, что одним из наиболее эффективных методов теплоизоляции считается вакуумирование, в конструкции предусматривается разместить корпус модели с нагревателем и холодильником в герметичном кожухе 13, а через герметичный ввод 11 подавать энергию и, если необходимо, охлаждающую жидкость, откачку воздуха производить через штуцер 12.

Конструкция модели АЧТ обладает высокой изотермичностью полости.

В экспериментах при испытании модели получена изотермичность по поверхности полости не ниже 0,15°С в диапазоне

температур от -60 до -КЗО°С.

Конструкция модели абсолютно черного тела позволяет повысить точность тарирования за счет обеспечения показателя эффективного излучения Е минимально отличающимся от 1 (0,99 f 1,0) за счет улуч- шения изотермичности, геометрии и структуры модели, при этом наличие двух полостей в конструкции позволяет новысить точность и производительность тарирования.

Формула изобретения

1. Модель абсолютно черного тела, выполненная в виде цилиндрического корпуса с герметичной полостью, в которой расположен слой с капиллярной структурой, а также нагревателя и холодильника, отличающаяся тем, что. с целью повышения точности градуировки, внутренняя стенка корпуса выполнена в виде двух одинаковых цилиндров с полусферическими основаниями, обращенными выпуклыми сторонами друг к

другу, причем пространство между этими полусферами выполнено сообщающимся через цилиндрическую капиллярную струг- туру с герметичной полостью, а внутренняя поверхность цилиндров покрыта слоем пористого материала.

2.Модель по п. 1,отличающаяся тем, что слой пористого материала толщиной 100-300 мкм нанесен методом плазменного напыления меди, а поверхность слоя оксидирована,

3.Модель по п. 1,отличающаяся тем, что корпус с нагревателем и холодильником размещены в герметичном кожухе, содержащем герметические электрические разъемы и штуцера для вакуумирования.

Изобретение относится к измерительной тех(,ике, в частности, пирометрии, и может быть использовано для абсолютной тарировка термоизмерительных пргбороь Цел изобретения - повышение точности градуировки Цель достигается тем, что в модели АЧТ содержащей герметичны/, ци линдрнческ.ий коаксиальный корпус с рас положенным между его стенками слоем с капиллярной структурой а также на. тель и холодильник, внутренняя тен- с, вы- полчена в виде дпу/ цилиндрических полостей, глухие полусферические торцы которых обращены один к другому ьыпуклы ми сторонами На рабочие поперхности из лучающих полостей нанесен методом плазменного напыления поверхностно оксидированный пористый слой из меди толщиной 100 - 300 мкм Модель размещена в герметичном кожухе. 2 з п ф-лы, 2 ил ё

,1

/

ю

8

т

г

ю

11

п

1

/

/ /9

/Ъ /

12

/

Фие.1

А-А

Фиг. 2