ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭТАЛОН ЧЕРНОГО ТЕЛА Советский патент 1973 года по МПК G01J1/08 

1

Изобретение относится к области метрологии и может быть применено для различных абсолютных спектрофотометрнческих измерений, а также для спектропирометрии процессов горения и исследования излучательных характеристик газовых струй реактивных двигателей.

Известные высокотемпературные модели черных тел с щелевой полостью, содержащие герметический корпус, полый нагревательный элемент из графита, водоохлаждаемые токоподводы и систему графитовых экранов, недостаточно приближаются к своему теоретическому пределу; их эффективная излучательпая способность не превышает 0,96. В связи с этим инфракрасные источники повышенной яркости не могут служить эталонами черного тела.

Цель изобретения - повышение эффективности излучательной способности и создание равновесного излучения.

Это достигается тем, что высокотемпературный эталон черного тела имеет нагревательный элемент, выполненный в виде двойного усеченного конуса, симметричного излучающей щели, при этом его геометрические параметры по отношению к длине L выбраны из следующих соотношений:

Диаметр полостиD -

L. 70

90

L

9

риво&

35 45

Конусность наружной

образующей на участках от токоподводов до щели1:100- 1:110

.На фиг. 1 изображен эталон черного тела; на фиг. 2 и 3 сравнительно представлены поля температур профилированного и цилиндрического излучателей в различных тепловых режимах.

В качестве излучающего элемента высокотемпературный эталон содержит трубку / из ориентированного графита ТМО, в центре которой с одной стороны прорезана вертикальная щель. Для создания в полости изотермической зоны излучателю нридан специальный профиль переменного сечения, что равноценно увеличению длины трубки при том же диаметре отверстия. Излучатель прижат одним концом к соответствующему гнезду корпуса 2, а другим - к подвижному охлаждаемому водой латунному электроду 5, электрически изолированному втулкой 4. Конусные контакты излучателя после предварительной притирки «залипают на малых режимах и далее становятся вполне надежными в работе. Компенсация температурных удлинений обеспечивается за счет деформации резины вакуумного уплотнения 5. Для уменьшения тепловых потерь излучатель окружен радиальными и торцовыми тонкостенными экранами из графита, скрепленными в единый блок 6, который имеет щелевые прорези с необходимой апертурой. В патрубке корпуса установлена графитовая щелевая диафрагма 7. Корпус эталонного источника выполнен из двух спаянных латунных стаканов. Между ними циркулирует вода, омывающая также и патрубок, который герметично закрыт окном 8 из флюорита. В корпусе впаян щтуцер 9 для откачки рабочего пространства и наполнения его инертным газом при температуре выще 2500°К. Сверху на корпус надета крыщка 10 из латуни, в которой выполнены кольцевые каналы для охлаждения водой, поступающей из корпуса. Кольцо // из вакуумной резины обеспечивает герметичность соединения. Источник установлен на диэлектрической подставке 12. Между подставкой и корпусом зажато токоподводящее медное кольцо 13. Непосредственно к верхнему электроду подсоединена промежуточная гибкая щина 14, которая ограждает излучатель от механических усилий, а также облегчает сборку и разборку. При температуре 2500-3000°К эталонный источник работает в среде инертного газа (аргона) с небольшим избыточным давлением 0,05-0,10 аг. Несмотря на высокотемпературный режим работы эталон черного тела имеет весьма ограниченные размеры и может быть установлен на стандартный инфракрасный спектрометр. Из рассмотрения температурных полей (фиг. 2 и 3) видно, что участок равномерного распределения с повышением температуры уменьщается. В связи с этим для обеспечения равновесного излучения высоту щели следует ограничивать в зависимости от теплового режима. Предлагается следующая эмпирическая зависимость высоты щели как функция температуры в диапазоне 2000-3500°К: 1,88.10 Т(Т + 2000) где Т - температура, °К; L - длина излучателя. При постоянной длине излучателя L увеличение внутреннего диаметра D с одной стороны повышает черноту за счет геометрии полости, в то же время с другой снижает изотермичность вследствие теплопотерь излучением через открытые концы. Однако влияние указанных факторов ни в коей мере нельзя рассматривать как нростое аддитивное сложение. Даже небольшое увеличение отношения LID за оптимальным режимом ведет к падению излучательной способности источника. То же относится и к уменьшению этого отношения, когда излучательная способность снижается из-за геометрических факторов, несмотря на увеличение изотермичности полости. Таким образом, можно сделать заключение, что совместное решение представляет достаточно сложный процесс, приводящий к качественно новому состоянию полости. Предмет изобретения Высокотемпературный эталон черного тела, содержащий герметический корпус, полый нагревательный элемент из графита с излучающей щелью, водоохлаждаемые токоподводы и систему графитовых экранов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективной излучательной способности и создания равновесного излучения, нагревательный элемент выполнен в виде двойного усеченного конуса, симметричного излучающей щели, при этом его геометрические параметры по отнощению к длине L выбраны из следующих соотношений:А L D Диаметр полости 15 Т - -А Ширина шели А ft . Высота щели 7 Т Толщина цилиндрической стенки воЪ ±круг щели Конусность наружной образующей на участках от токоподво1:100-1:110дов до щели

/4

fO

2

7f 300D

X

/

2500

2000

7

то

woo

500

80 VM

33

i/e. 2

V

BO 80мм

AJVt:rifiooQ t y4A