"Печь типа "абсолютно черное тело" Советский патент 1992 года по МПК G01J5/02 

Изобретение относится к приборостроению в части создания образцовых приборов для поверки радиационных пирометров 1, представляющая собой трубу с нагревателем в виде спирали, намотанной на ее внешнюю поверхность. Нагреватель состоит из трех секций:основной,центральной и двух крайних - дополнительных. Внутри трубы под центральным нагревателем расположен сплошной металлический цилиндр, по осевой линии которого сделано глухое отверстие диаметром 20 мм, являющееся излучающей полостью. Степень черноты такой модели АЧТ равна 0,98.

Недостатками такой модели АЧТ являются значительная длительность выхода на стабильный режим при заданной температуре, а также продолжительное время выдержки при переходе от одного

температурного интервала измерения к другому.

Известна образцовая печь типа абсолютно черное тело для поверки пиромет-4 ров излучения 2, взятая за прототип, представляющая собой излучающую полость в форме цилиндра с утолщенным дном. С внутренней стороны дна цилиндра выполнена конусная выемка с углом при вершине 120°. На наружной поверхности полости выполнены пазы, в которых уложен нагреватель из танталовой проволоки. Нагреватель состоит из трех секций; донной, тыловой и передней и изолирован от стеною полости, Благодаря специальной термической обработке внутренняя поверхность полости имеет коэффициент излучения, равный 0,8.

VI

Ч

N

-А

О

со

Однако недостаток этой модели АЧТ также является значительная длительность (более 1.5 ч) как при выходе на стабильный режим работы, так и при переходе от одного температурного интервала к другому. Потому в течение рабочего дня можно провести поверку (градуировку) лишь трех-четырех температурных точек. Это является следствием высокой инерционности печи, что обусловлено кондуктивным и конвективным способами нагрева излучающей полости.

Цель изобретения - ускорение процесса поверки радиационных пирометров излучения за счет снижения инерционности печи.

Цель достигается тем, что печь типа абсолютно черное тело, содержащая нагреватель, термопары и излучатель, в отличие от прототипа выполнена в виде двух прямых цилиндров, внутренняя поверхность дна первого цилиндра представляет собой сферический отражатель, в фокусе которого расположен источник нагрева, при этом второй цилиндр со стороны своего дна входит в первый цилиндр с возможностью перемещения внутри него, дно второго цилиндра является излучателем, выполненным в виде диска, закрепленного в обойме из теплоизоляционного материала, и диск со стороны источника нагрева защищен кварцевой пластиной, а пространство между диском и кварцевой пластиной вакууми- ровано.

Сущность устройства печи типа АЧТ поясняется чертежом и заключается в следующем. Нагрев излучателя осуществляют только посредством излучения от безинер- ционного нагревателя - галогенной лампы накаливания, сам излучатель - тонкий диск, также практически безинерционен, поэтому совокупность такой системы нагреватель- излучатель позволяет быстро достигать за- данной температуры и переходить от одного ее значений к другому нескольких минут. В известных устройствах 1,2 это достигается за 1,5-2 ч. Для того, чтобы поток излучения от нагревателя был -равномерным на поверхности диска, нить лампы накаливания устанавливают в фокусе сферического отражателя первого цилиндра. Возможность перемещения излучателя относительно источника нагрева позволяет выбирать наиболее оптимальное расположение излучателя, при котором температурное поле на поверхности диска становится однородным. При этом теплоизоляционная обойма, закрывающая края диска в двух плоскостях и препятствующая стоку тепла к стенкам второго цилиндра, поддерживает однородное тепловое поле по всей плоскости поверхности излучателя при любом уровне температуры. Вместе с тем, чтобы конвективные потоки воздуха от галогенной лампы не искажали тепловое поле диска-излучателя со стороны источника нагрева, нагреваемая поверхность излучателя защищена вакуумным пространством, образованным тонкой кварцевой пластиной, плоскостью излучателя и выступами его боковой поверхности. При этом тонкая кварцевая пластина совершенно не препятствует прохождению излучения от источника нагрева, поскольку кварц в области спектра источника нагрева прозрачен.

На чертеже представлена схема печи типа АЧТ, где 1 - первый цилиндр, дно которого является сферическим отражателем, 2

-источник нагрева (галогенная лампа накаливания), нить лампы установлена в фокусе

сферического отражателя, 3 - второй цилиндр, который входит в первый цилиндр, 4

-излучатель, являющийся дном второго цилиндра, 5 - обойма из теплоизоляционного материала, в которую зачеканен диск-излучатель, 6 - кварцевая пластина, установленпая на излучателе со стороны источника нагрева, являющаяся стенкой вакуумной камеры, 7 - термопары, зачеканенные в тело излучателя, 8 - диафрагма, установленная на открытом конце второго цилиндра и ограничивающая поток излучения от краев излучателя.

Печь типа АЧТ работает следующим образом.

На источник 2 нагрева - галогенную

лампу накаливания подается напряжение от гиристорного регулятора напряжения, который управляет высокоточным регулятором температуры Р-133. Контроль уровня температуры и разницы ее между центром излучателя 4 и его краями ведут с помощью термопар 7 и потенциометра Р-300, Регулирование уровня температуры осуществляют регулированием напряжения, а наименьшую разницу температур между центром и

. краем излучателя устанавливают перемещением излучателя вдоль первого цилиндра 1. перемещая второй цилиндр 3. Время выхода на стационарный режим максимальной температуры поверки, равной 400°С,

составляет 20 мин, а переход от одной калибровочной температуры к другой - 10-12 мин. Разница температуры между центром и краем по показанию термопар не превышала 0,5°С, Поверку однородности температурного поля на поверхности излучателя осуществляли с помощью тепловизора АСА 780М (Швеция), при этом показания тепловизора совпадали с показаниями термопар.

зачеканенных в диске излучателя.

Конструкция модели АЧТ, изображенная на чертеже, помещалась в закрытый кожух, препятствующий тепловыделению в окружающее пространство (на чертеже не показан). Сферический отражатель первого цилиндра 1 выполнен с оребрением для лучшего отвода тепла. Материал цилиндра - алюминий марки А-1. Внутренняя поверхность цилиндра и сферический отражатель полированы до 10 кл.чистоты Нить накаливания галогенной лампы типа КГМ220-750 расположена в фокусе сферического отражателя, благодаря чему параллельный поток излучения равномерно падает на нагреваемую поверхность излучателя 4. Излучатель представляет собой медный диск диаметром 80 мм и толщиной 10 мм, по краю которого имеется выступ-pebpo, пространство между кварцевой пластиной 6 и нагреваемой поверхностью излучателя А вакуумируется, В тело диска со стороны нагревателя зачеканиваются и привариваются две термопары 7, одна в его центре, другая в 10 мм от края, Соотношение длины второго цилиндра 3 и диаметра излучателя 4 составляет 4:1 и по литературным данным коэффициент излучения такой цилиндрической полости составляет 0,995 ± 0,001. Излучатель 4 вместе с кварцевой пластиной 6 заключен в обойму 5 из стекловолокнистого теплоизоляционного материала, что дает возможность получить однородное тепловое поле на рабочей поверхности излучателя 4.

Пример. Поверка пирометра типа ИФ-176. Показатель визирования пирометра 1:125 для расстояния до объекта 1 м, Устанавливали пирометр ИФ-176 соответственно его параметрам строго по продольной центральной оси печи типа АЧТ. Подавали напряжение на нагреватель (галогенная лампа типа КГМ220-750) и с помощью регулятора Р-133 и потенциометра Р-300 устанавливали температуру на излучателе, равную 200°С по показанию центральной термопары. После стзбилизвации этой температуры измеряли температуру на краю излучателя. Она составляла 199°С. После этого второй цилиндр вместе с излучателем перемещали в направлении от нагревателя, при этом температуру 200°С (по показанию центральной термопэры) поддерживали постоянной. Перемещения излучателя заканчивали, когда разница показаний двух термопар составляла 0.1°. После этого производили отсчет показаний пирометра ИФ-176. Продолжительность во времени от момента включения до полной стабилизации температуры излучателя составляла 17 мин. Затем на место пирометра ИФ-176 устанавливали образцовый пирометр Термопойнт-80 фирмы AGEMA (Швеция) и его показания сопоставлялись с показаниями термопар АЧТ и пирометра

ИФ-176. Затем температуру на излучателе поднимали и стабилизировали на уровне 220°С за 10 мин, и процесс поверки повторялся до температуры 400°С.

Формула изобретения

Печь типа абсолютно черное тело, содержащая нагреватель и излучатель с зеде- ланными в него термопарами, отличаю- щающаяся тем, что, с целью ускорения процесса поверки пирометров, модель выполнена в виде двух цилиндроэ, внутренняя поверхность дна первого цилиндра представляет из себя сферический отражатель, в фокусе которого расположен источник нагрева, при этом второй цилиндр со стороны

своего дна входит в первый цилиндр с возможностью перемещения внутри него, а дно второго цилиндра является излучателем, выполненным в виде диска, закрепленного в обойме из теплоизоляционного материала, и диск со стороны источника нагрева защищен кварцевой пластиной, а пространство между диском и кварцевой пластиной вакуумировано.

Применение: позволяет ускорить процесс поверки радиационных пирометров излучения за счет снижения инерционности печи. Сущность изобретения: печь выполнена в виде двух прямых цилиндров, внутренняя поверхность дна первого цилиндра представляет собой сферический отражатель, в фокусе которого расположен источник нагрева, при этом второй цилиндр входит в первый цилиндр с возможностью перемещения внутри него, дно второго цилиндра является излучателем, выполненным в виде диска, закрепленного в обойме из теплоизоляционного материала, и диск со стороны источника нагрева защищен кварцевой пластиной, а пространство междудиском-излучателем и кварцевой пластиной вакуумировано. 1 ил. ч- Ч Ё