Способ определения степани черноты материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1977 года по МПК G01J5/00 

1

Изобретение относится к калориметрическнм методам тенлофизических измерений и может быть использовано, например, при определении параметров лучистого теплообмена тел.

Из получивших в настоян1,ее время наиболее и ирокое распространение методов экснернментального определения степени черноты тел: радианионного метода, метода регулярного режима и калориметрического метода,- последний обеснечивает наиболее высокую точность измереиия в широком интервале темиератур и, кроме того, позволяет измерять степень черноты для нолного полусферического излучения, являюш,егося наиболее важным для практики случаем .

Существо известных сиособов измерения стеиени черноты тел, основанных на калориметрическом методе, сводится к следуюгнему. Образец исследуемого материала с известной илои1.адью поверхности FO помещают в камеру, стенки которой выполнеиы из материала с известной (эталонной) степенью черноты Е,,. Затем понижают давление газа в камере до значений иорядка мм рт. ст. и тем самым практически исключают перенос тепла от образца к стенкам камеры за счет конвекции и теплопроводности газа. Далее в стационарном режиме измеряют: мощность Q, подводимую к образцу с иомощью нагревателя, температуру

2

новерхност образца Го, температуру стенок камеры Гк. Так как при указанном выще разреженни подводимая к образцу моииюсть Q рассеивается практически только излучеиием, то, используя известиые формы для лучистого теилового потока и численные значения величия FO, TO, TK, Q к ЕЭ вычисляют искомую степень черноты образца.

Однако из-за трудно учитываемЕлх паразитных иотерь тепла но арматуре креилення образца снособ дает недостаточно высокую точность измерения.

Целью г.зобретения является повьииеиие точиости измерения.

Поставленная цель достигается тем, что исследуемый образец помещают дополпптельно в другую идентичную камеру с известиой, но отличную от иервой стеиеиью черноты, термостатируют вторую каме)у нри температуре внутреиией иоверхности, равной соответствующей температуре первой камеры, регулпруют подводимую к образцу мощность до восстановления его исходной темиературы и ио известиым уравнениям теилового баланса определяют искомую величииу.

Предлагаемое устройство для определения стеиени чериоты материалов, состояuise из исследуемого образца, иомеидеиного в камеру с известиой стеиенью чериоты, сиабжено второй камерой, идентичной первой, при этом образец

3

выполнен в форме цнлкедра, на поверхности которого расноложены последовательно концентрнческнмн слоямн обмотка проволочного нагревателя, обмотка проволочного терморезнстора и слой исследуемого матернала, а камера выпол-неаа в виде соосного образцу нолого цилнндра такой же илн большей длины, на внутренней новерхностн которого расноложены последовательно концентрическими слоями обмотка проволочного нагревателя н проволочного терморезистора и обе камеры выцолиены съемными с соотношением диаметров образца da и камеры da,b

1 мм. 2

Сущность изобретения иоясняется чертежом.

Съемный образец 1, имеюш,ий форму полого цилиндра диаметром da и длиной la, надевают на онравку 2, на боковой поверхности которой имеется обмотка нроволочного нагревателя. Образец, покрытый слоем материала, имеюш,его степень черноты Еа, цомеш:ают соосно в полую камеру цилиндрической формы- экран 3, степень черноты материала которого ЕЬ, и зажимают между центрирующими втулками 4. Затем с помощью подогревной обмотки подводят к образцу мощность и, регулируя последнюю, повыщают температуру поверхности образца до значения Гь нри котором хотят измерять искомую степень черноты. По наступлении стациоиарного режима измеряют подводимую к образцу мощность Q, обеспечивающую поддержание его стационарной температуры, равной TI.

После этого образец извлекают на камерыэкраиа 3 и также соосно иомещают его в другую съемную камеру-экран 5, материал которого имеет степень черноты Е, отличную от Еа и ЕЬ. Оба сменных экрана нри этом выполнены с равными внзтренними диаметрами db dc и равными длинами /& 4- Затем регулируют нодводимую к образцу мощность до такого зиачения Q, при котором в стационарном режнме поверхность образца будет иметь температуру, равную первоначальной Т и измеряют значение величины Q. Температуры экранирующих цилиндров при измеренни величин Q и Q поддерживают иостоянными и равными TZ.

Материалы образца и камер-экранов выбирают так, чтобы из трех величин Еа, ЕЬ и ЕС две (любые) были известны. Соответствующие два цилиндра в этом случае служат «эталонами, а третий - исследуемым образцом. Для удобства операций монтажа образца и камер и образец и камеры выполнены съемными. Для повышения точности измерения по данному способу в устройстве приняты меры ио уменьшению доли паразитных кондуктивных и конвективных тепловых потоков в суммарной моищости рассеяиия образца. Для уменьшения кондуктнвных потоков тепла по арматуре кренления образца держателп оправки выполнены коническими, т. е. соирикасающимися с оправкой только в двух точках (па соответствующих торцах.

Для уменьщения потоков тепла, рассеиваемых с торцов оправки и образца, оправка и образец выполнены цплпндическими с отношением длины к диаметру более 10.

Уменьшение конвективного нотока в устройстве достигается тем, что диаметры образца da и камеры-экрана da,b удовлетворяют соотношению

da,b -dg ,

J. мм.

2

Благодаря этому в .прослойке воздуха между о бразцом и камерой конвекция практически отсутствует.

Пеизвестиую искомую степень черноты образца определяют нз следующего уравнения, содержащего в качестве едииствеипого неизвестного искомую величину:

г/ т. ,4 / г. Л41

у -у

X

(I)

где ао 5,67-10 Вт .- - постоянная Стефана Бальцмана,

Fa - площадь боковой поверхности образца (см).

Данный способ обеспечивает по сравнению с известными калориметрическими способами более высокую точность измерения благодаря тому, что в ием, в отличие от прототипа, исключается погрешность, вносимая трудноучитываемым паразитным тепловым потоком по арматуре нагреваемого цилиндра.

Формула изобретения

1. Снособ определения степени черноты материалов, основанный на измеренни мощности, подводимой к исследуемому образцу с известной илощадью поверхности, помещаемому в камере с известной степенью черноты, и измерении температуры поверхностей образца и камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, исследуемый образец помещают дополнительно в другую идентичную камеру с известной, но отличной от первой степенью черноты, термостатируют вторую камеру при температуре внутренней новерхности, равной соответствующей температуре первой камеры, регулируют подводимую к образцу мощность до восстановления его исходной температуры, и по известиым уравнениям теплового баланса определяют искомую величииу.

2. Устройство для определения степени черноты материалов, состоящее из исследуемого

образца, помещенного в камеру с известной Степенью черноты, отличающееся тем, что оно снабжено второй камерой, ндентнчной первой, при этом образец вынолнен в форме цилинлра, па новерхности которого расположены носледогштельно концентрическими слоями обмотка ироволочного нагревателя, обмотка нроволочного терморезистора и слой исследуемого материала, а камера выполнена в виде соосного образцу иолого цилиидра такой же нли большей длины, на внутренней иоверхиости которого расположены последовательно концентрическимп слоями обмотка ироволочного нагревателя и проволочного терморезистора и обе камеры выполнены съемными с соотношением диаметров образца da и камеры da,b 1 ММ.