Терморадиометр для измерения степеничЕРНОТы МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01J5/06 

(54) ТЕРМОРАДИОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ МАТЕРИАЛОВ

I

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения терморадиационных свойств (степени черноты 2) поверхностей твердых тел, находящихся при комнатной температуре.

Известно устройство для определения степени черноты поверхностей элементов конструкций изделий при температурах, близких к комнатным, - накладной болометрический терморадиометр ФМ-68. Устройство состоит из измерительной головки, электрической системы измерений и эталонных образцов сравнения. Головка содержит систему параболических зеркал, систему температурной стабилизации и датчик излучения - болометр 1.

Принцип действия устройства основан на радиационном методе измерения датчиком потока результирующего излучения с последовательным замещением образца черным и белым эталонами сравнения.

Недостатком этого устройства является то, что между приемником и исследуемой поверхностью поддерживается небольщая разность температуры в 2 - 5°С, что приводит к необходимости особо точной температурной стабилизации как исследуемой, так и эталонных поверхностей (до 0,05 - 0,1°С). Осуществить такую стабилизацию температуры для переносного прибора в цеховых условиях очень трудно. Несоблюдение этого требования может привести к значительным ощибкам в измерении на этих приборах степени черноты.

Ближайщим техническим решением является терморадиометр для измерения степени черноты материалов, состоящий из

головки с адиабатической трубкой, датчиком теплового потока и блоком нагревателя и измерительной схемы 2.

Принцип действия основан на сравнении показаний датчика излучения при последовательном замещении образца черным и белым

эталонами. Работа прибора не требует особо точной температурной стабилизации головки прибора и исследуемой и эталонных поверхностей. При этом отсутствие специальной термостабилизации не приводит к увеличению ощибок измерения. Достигается это

тем, что измерительная головка прибора снабжена адиабатическим цилиндром с высокоотражающей боковой поверхностью. разделяющим испытуемый объект и датчик теплового потока излучепия. Недостатком этого прибора является спижение точности измерения 2 из-за необходимости последовательного измерения трех сигналов датчика, что требует трехкратного времени вхождения головки прибора в стационарное состояние, т. е. удлиняет процесс измерения, при этом шумы прибора и воздействие окружающей среды в цеховых условиях увеличивают погрещность измерений. Целью изобретения является повышение точности измерения степени черноты. Указанная цель достигается тем, что адиабатическая трубка выполнена в виде двух каналов с расположенными в них датчиками теплового потока, с установленным в торце одного из каналов составным эталоном, выполненным из черного и белого тел с переменным соотношением площадей поверхностей указанных тел и связанным с механизмом отсчета перемещений тел. На чертеже изображено устройство. Внутри корпуса 1 измерительной головки, выполненного из пенопласта марки ПС-1, имеются два адиабатических канала 2 и 3 с отражающими стенками 4 и 5, выполненными из полиэтилентерефталатной пленки, металлизованной, например, алюминием или золотом. В корпусе в верхней части каналов вмонтирован блок нагревателя 6 на медной пластинке 7 с прикрепленными к ней датчиками теплового потока 8 и 9 со стороны каналов. В нижней части каналов имеются прямоугольные диафрагмы 10, под которыми на одном из каналов расположен составной эталон из черного 11 (лента марки ПХВ) и белого 12 (полированный алюмний или золото) тел, а на другом - образец материала 13. Имеется механизм перемещения тел 14. Для питания нагревателя 6 служит электрическая схема 15, а для сравнения сигналов датчиков 8 и 9 служит электрическая схема 16 с нулевым гальванометром 17. Устройство работает следующим образом Сначала проводят настройку прибора. Для этого измерительную головку устанавливают на поверхность какого-либо изотермического тела 13. При этом белый эталон 12 полностью выдвигают из канала 3 механизмом 14. Сопротивлениями Ri и Ra схемы 16 уравновешивают показания датчиков на нулевом гальванометре 17. Устанавливают точки отсчета по микрометру крайних положений rti и л при полностью выведенном и введенном белом теле 12. Настройка прибора не зависит от внешних факторов и не требуется ее проведение каждый раз при измерениях. Величина эффективной степени черноты составного эталона является средневзвешенной по площади величиной и определяется формулой 4 где Р&л.чер ,F -площадь поверхности белого, черного тел и общая эталона. Из этой формулы следует соотношение ..Hep. eA-hil.4ep г. f. ,-rvih,-Hi . (г) Коэффициенты Ci и Сг для данного прибора являются постоянными, поэтому отсчет к по шкале микрометра линейно связан с эффективной степенью черноты и шкала микрометра проградуирована в величинах степени черноты эталона. При измерении степени черноты поверхности объектов головку прибора ставят на указанную поверхность, используя в качестве черного тела составного эталона, например, липкую ленту ПХВ, наклеенную на ту же поверхность. Вращением механизма 14 устанавливают гальванометр 17 электрической схемы 16 датчиков в нулевое положение. В этом случае Zoff 2эф(3) Величину гэ«р отсчитывают непосредственно по нониусу микрометрической головки или определяют по формуле (2). Точность определения черноты образца oS при указанном измерении обеспечивается тем, что данная конструкция не требует нескольких (трех) последовательных измерений, как в известном устройстве, а дает возможность получить результат непосредственно за одно измерение. Это обеспечивает меньщее влияние на прибор отклонения температурных условий в окружающей среде за время измерения в большую точность измерений. Кроме того, в уравновешенном состоянии прибор испытывает меньшее влияние окружающей среды, поскольку оно осуществляется одновременно на оба датчика, что также повышает точность измерений. Методическая погрешность измерения степени черноты на данном устройстве определяется погрешностью значений степени черноты эталона и слабо зависит от точности механического отсчета степени черноты. Таким образом, при одинаковой точности эталонов, данное устройство позволяет повысить точность измерения степени черноты объекта. Формула изобретения Терморадиометр для измерения степени черноты материалов, состоящий из головки с адиабатической трубкой, датчиком теплового потока и блоком нагревателя, и измерительной схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, адиабатическая трубка выполнена в виде двух каналов с расположенными в них датчиками теплового потока, с установленным в торце одного из каналов составным эта,лоном, выполненным из черного и белого тел с переменным соотношением их площалей и связанным с механизмом отсчета перемещений тел.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 412495, кл. G 01 М 5/00, 1971.