Способ измерения перепада температур на слое полупрозрачного материала и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01J5/08 

юследовательно модель черного тела оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром, выделяющим область сильного поглощения исследуемого материала, и автоматическую регистрирующую аппаратуру.

Основным недостатком известного способа и устройства для измерения перепада температур на слое частично прозрачного материала является невысокая точность измерения,, обусловленная значительными погрешностями измерения температуры в области сильного поглощения материала, и необходимостью последовательно измерять температуру на обеих границах слоя частично прозрачного материала с последующим вЕлчислением перепада температур на слое как разности двух измеренных температур границ.

Цель изобретения - повышение точности измерения перепада температур на слое частного прозрачного материала, а также повышение эффективности устройства.

Эта цель достигается тем, что при градуировке дополнительно измеряют отношение яркостей для узкого спектрального диапазона в видимой области спектра и по известным -соотношениям рассчитывают перепад температур на модели черного тела, затем по градуировочной кривой зависимости отношения яркостей излучения от перепада температур определяют исходную величину.

Устройство для осуществления этого способа, включающее расположенные последовательно модель черного тела, оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром для вьщеления области сильного поглощения исследуемого материала и автоматическую регистрирующ аппаратуру. Устройство дополнительно содержит приемник излучения с узкополоснЫм фильтром, зеркальный модулятор, снабженный приводом, приче модулятор расположен в плоскости, проходящей через биссектрису угла между осями приемников излучения.

На фиг. 1 показана схема устройства для измерения перепада температур на слое частично прозрачного мaтep iaлa, на фиг. 2 - график кривых, жохорые используют при определениьг перепада температур на слое частично прозрачного материала.

Устройство включает инфракрасный охлаждаемы приемник 1 излучения, чувствительным элементом которого является германий, легированнь1й золотом, типа Свод.

Перепад инфракрасным приемником 1 излучения установлен инфракрасный интерференционный фильтр 2, вырезаю

щий область сильного поглощения исследуемого материала.

Градуировку проводят по трубчатой модели черного тела 3 с тремя отверстиями 4, 5 и б. .

Модель черного тела 3 с помощью токоподводов 7 нагревается проходящим током.

Отверстия 4 и 6 модели черного тела 3 визируют либо инфракрасным приемником 1 излучения с фильтром 2, либо приемником 8 излучения для видимой области спектра, например, ФЭУ-79. Перед приемником излучения установлен красный интерференционный светофильтр 9, вырезающий излучение в области длины волн от 0,65 до 0,66 мкм. Попеременное направление излучения модели черного тела 3 (при градуировке) или образца (при измерениях), устанавливаемого на место модели черного тела, и модуляция излучения на частоте 37- Гц с последующим синхронным детектированием осуществляют оптической системой 10 и зеркальным модулятором 11, снабженным приводом 12, причем модулятор 11 расположен в плкости, проходящей через биссектрису угла между осями приемников излучен 1 и 8. Регистрацию сигналов с приемников излучения 1 и 8 осуществляют с использованием автоматической регистрирующей аппаратуры 13. Измерение опорной температуры осуществляют оптическим пирометром 14 либо термопарой.

Устройство работает следующим образом.

Трубчатую модель черного тела 3 нагревают до стационарного состояния. После этого визируют отверстия 4 и 6 с помощью зеркального модулятора 11 на приемных диафрагмах инфракрасного приемника излучения 1 и приемника излучения в видимой области излучения в инфракрасной облати. Затем на несколько градусов (5-15 к) увеличивают температуру модели черного тела 3 и измеряют излучение в видимой и инфракрасной областях спектра.

Последовательно изменяя темперс туру модели черного тела 3. определяют Т и, соответственно, ДТ и строят градуировочную зависимость.

|--(.т)

где J , JP интенсивность излучения

при температуре Т и i;, соответственно, дТ - разность температур, дТ рассчитывается по формуле

AT-- °

--Тоеп Iгде В, Ед - яркоааь излучения мод ли черного тела при т пературе Т,Тр соответс венно, С - 1438-10 м град; Л- длина волны, соответст вующая максимальному пропусканию интерферен ционного фильтра для видимой части спектра Опорную температуру т, устанавливают и измеряют через каждые 100 В результате на графике 4 f (дТ) . получают набор кривых, которые используют при определении перепада температур на слое частично проз рачного материала (фиг. 2). Сравнение оценок погрешности из мерения перепада материала известным способом и предложенным показы вает, что предложенный способ позволяет уменьшить погрешность в 10 раз. Формула изобретения 1. Способ измерения перепада те ператур на слое полупрозрачного ма териала, включающий предварительну градуировку приемника излучения по яркости излучения модели черного тела при различных температурах с последующим фотоэлектрическим изме рением яркостей излучения границ слоя полупрозрачного материала, о личающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, при градуировке дополнительно измеряют отнесение яркостей для узкого спектрального диапазона в видимой области спектра и по известным соотношениям вычисляют перепад температур на модели черного тела, затем по градуировочной кривой зависимости отношения яркостей излучения от перепада температур определяют перепад температур на слое полупрозрачного материала. 2. Устройство.для осуществления способа по п. 1, включающее расположенные последовательно модель черного тела, оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром для выделения области сильного поглощения исследуемого материала и автоматическую регистрирующую - аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности измерения устройство дополнительно содержит приемник излучения с узкополосным фильтром, зеркальный модулятор, снабженный приводом, причем модулятор расположен в плоскости, проходящей через биссектрису угла между осями приемников излучения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Андерсон Р., Вискоита, Стивенон С. Перенос тепла в полупрозрачных телах.Теплопередача 1973, 2, . 33-42. .2. Патент США 2912862, л. 79-355, опублик. 1959.

0и«./

иг. 2