Устройство для измерения интегральной излучательной способности металлов Советский патент 1993 года по МПК G01N25/34 

изобретение относится к области физико-химического анализа и может быть применено для измерения интегральной излучательной способности металлов и их сплавов. Преимущественно изобретение предназначено для построения зависимости излучательной способности металлов и их сплавов от температуры.

Известно устройство для измерения интегральной излучательной способности металлов и их сплавов, содержащее охлаждаемые токоподводы, в которых крепятся исследуемый образец с закрепленными на нем термопарами, причем напротив образца расположен приемник интегрального теплового излучения 1.

Недостатком известного устройства является невозможность одновременного измерения излучательной способности и температуры образца.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения интегральной излучательной способности металлов, включающее подложку с выемкой для исследуемого металла, расположенный над ним интегральный приемник теплового излучения и термопару, помещенную в чехол. Термопэра находится в непосредственном контакте с дном подложки.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает точное измерение интегральной излучательной

XI

:оо

о

Ј

jio

способности металлов. Указанный недостаток обусловлен тем, что при изменении температуры вещества оно изменяет свой объем и при этом происходит изменение уровня вещества в подложке. Кроме того, за счет тепловой инерции возникает неравномерное распределение температуры по объему, что препятствует точному установлению температуры кристаллизации (плавления) вещества, по скачкообразному изменению теплового излучения вещества с его поверхности в момент фазового перехода твердое тело - жидкость.

Целью изобретения является повышение точности измерения излучательной способности металлов.

Для достижения цели Б устройстве для измерения интегральной излучательной способности металлов, включающем подложку с выемкой для исследуемого металла, расположенный над ним интегральный приемник теплового излучения итермопару, помещенную в чехол, согласно изобретению в подложке выполнено сквозное отверстие, в котором с возможностью перемещения располагается термопара в чехле, введены устройство измерения расстояния до поверхности вещества и связанное с ним устройство перемещения интегрального приемника теплового излучения и термопары.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются сквозное отверстие в подложке, в котором с возможностью перемещения располагается термопара в чехле, и наличие устройства измерения расстояния до поверхности вещества и связанного с ним устройства перемещения интегрального приемника излучения и термопары. Благодаря этому в зависимости от температурного изменения объема металла осуществляется одновременное перемещение интегрального приемника теплового излучения и термопары, что позволяет повысить точность измерения интегральной излучательной способности металла и, кроме того, обеспечивает одновременное измерение интегрального теплового потока и температуры поверхностного слоя вещества.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит подложку 1 с выемкой 2. В подложке 1 имеется сквозное отверстие 3, в котором расположена термопара 4 в чехле с возможностью вертикального перемещения в выемке 2, заполненной исследуемым металлом 5. Над подложкой 1 расположен интегральный приемник 6 теплового излучения. Измерение расстояния

между поверхностью металла 5 и интегрального приемника 6 теплового излучения осуществляется устройством 7 измерения расстояния. Выход устройства 7 измерения 5 расстояния подсоединен к входу устройства 8 перемещения термопары и интегрального приемника теплового излучения. Устройство измерения интегральной излучательной способности металлов помещено в вакуумную камеру, нагрев исследуемого металла осуществляется индукционным способом (на схеме не показано).

Устройство работает следующим образом.

5 Подложку 1 вместе с термопарой 4 заполняют исследуемым металлом 5 и нагревают с последующим охлаждением. После кристаллизации исследуемого металла 5 его поверхность сошлифовывают до термопары

0 4 с последующей полировкой поверхности исследуемого металла 5 по 14 классу.

После вакуумирования до Па осуществляют напуск атмосферы гелия с последующим индукционным нагревом

5 исследуемого металла 5, при этом устройство 7 непрерывно контролирует расстояние между поверхностью исследуемого металла 5 и интегральным приемником 6 теплового излучения. При увеличении или уменьшении

0 расстояния за счет изменения объема исследуемого металла 5 с выхода устройства 7 подается соответствующий сигнал на вход устройства 8, которое осуществляет подъем или опускание термопары 4 и интегрального

5 приемника 6 теплового излучения. При этом производятся замеры значений термопары 4 и интегрального приемника 6 теплового излучения. Таким образом при скачкообразном изменении интегральной излучатель0 ной способности поверхности исследуемого металла 5 определяется температура излучающего слоя металла 5. Это позволяет повысить точность измерения интегральной излучательной способности металлов.

5После замера температуры плавления исследуемого металла осуществляют измерение его температуры кристаллизации при отключенном индукционном нагреве. Процесс кристаллизации начинается с

0 поверхностного слоя металла 5, в котором находится, термопара 4, за счет тепловой инерции массивной подложки 1. Перемещение термопары 4 и интегрального приемника 6 теплового излучения при изменении

5 объема исследуемого металла происходит так же, как и при нагреве.

В связи с тем, что интегральная излуча- тельная способность металла зависит от температуры, преимущественно предлагаемого устройства иллюстрируется приведенным ниже конкретным примером осуществления.

Был изготовлен лабораторный вариант предлагаемого устройства. В вакуумной камере объемом 10 л была размещена подлож- ка диаметром 20 мм и глубиной 25 мм с расположенным над ней интегральным приемником теплового излучения, выполненным в виде радиометра прямого видения с термоэлементом от оптического пирометра типа Рапир-2. Нагрев осуществлялся индукционным способом. При работе достигался динамический вакуум порядка Па или использовалась атмосфера гелия 99,99% в зависимости от условий давления пара исследуемого металла. Измерение расстояния между поверхностью исследуемого металла и интегральным приемником излучения производилось измерительным микроскопом МИ-1 с разрешающей спо- собностью 10 мкм. Для подъема или опускания как термопары, так и интегрального приемника теплового излучения применялся микрометрический винт, установленный в вакуумном вводе вращения. Для измере- ния температур была применена платино- родиевая термопара с толщиной проволоки 0,5 мм. В качестве контрольных образцов в соответствии с Международной температурной шкалой использовались постоянные точки плавления серебра 960,8°С; а также вторичные постоянные точки плавления олова 231,9°С; кадмия 320,9°С; свинца 327,3°С; цинка 419,5°С; сурьмы 630,5°С;

алюминия 660,1°С; меди 1083°С; никеля 1453°С, кобальта 1492°С.

Результаты исследований сведены в таблицу. Из таблицы видно, что точки плавления металлов, полученные на установке-прототипе, имеют расхождение с эталонными точками Международной температурной шкалой. При сравнении температурных точек плавления, полученных на предлагаемом устройстве, с эталонными температурными точками Международной температурной шкалы видно полное соответствие между ними. Это позволяет повысить точность измерения интегральной излучательной способности металлов.

Формула изобретения Устройство для измерения интегральной излучательной способности металлов, включающее подложку с выемкой для исследуемого металла, расположенный над ней интегральный приемник теплового излучения и термопару, помещенную в чехол, о т- личающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений, в подложке выполнено сквозное отверстие, в котором с возможностью перемещения располагается термопара в чехле, дополнительно введено устройство измерения расстояния от интегрального приемника теплового излучения до поверхности вещества и связанное с ним устройство перемещения интегрального приемника теплового излучения и термопары.

Изобретение может быть использовано для измерения излучательной способности металлов или их сплавов. Цель изобретения состоит в повышении точности измерения излучательной способности. Установка содержит подложку с выемкой, заполненной исследуемым металлом. При нагревании изменяется расстояние между поверхностью и интегральным приемником теплового излучения. С выхода устройства измерения расстояния подается сигнал на вход устройства перемещения термопары и интегрального приемника теплового излучения, которое осуществляет подъем или опускание термопары и приемника теплового излучения. При этом происходит непрерывный замер интегрального теплового излучения и температуры поверхности металла. 1 табл., 1 ил. in