Способ определения степени черноты внешней поверхности тел с внутренним источникомтепла

(22) Заявлено 28.03,72 (21 исоедиц и ем зая Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изооретений(088.8) иковацо 15.03.74, Бюллетень М 1 О тк рити Дата опубликования шсания 08.08.7(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЪ НЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ С ВНУТРЕННИМ ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛАНедостатко практическая ления степец тела в том сл ляется цеизот водпикового п законченную состояц 1 ую цз теплофизичес известцог непригодно черноты в учае, когда ермической рибора, пр малогабар набора эл ими свойсто способа является сть его для опредецешцец поверхности эта поверхность явнапример отолупроедставляющего собойитцую конструкцию, емецтов с разцыми вами. 15 Изобретепие может быть использовано в тех областях техники, где требуется информация об интенсивности лучеиопускация с внешней поверхности тела, имеющего внутрецний источник тепла, цапримерв электронной технике для определения теплового состояния полупроводниковых приборов и надежности в разных условиях их эксплуатации.Известен способ определения степени черноты внешней поверхности тела путем размещения последнего в вакууме с остаточным давлением газовой среды менее 10 -мм рт. ст. и площадью внутренней поверхности оболочки, ограничивающей вакуумный объем, много большей площади внешней поверхности тела, измерения температуры поверяости последнего, температуры внутренней поверяости оболочки и величины рассеивания мощности. По цайдецпым абсолютной температуре внешней поверхности тела в вакууме Табсо потной темпсратуре вцутрепцей поверяости оболочки, ограничивающей вакуум Т; и ве ичцце рассеиваемой мощности Р производится вычисление степени черноты поверяости тела е по следующему известному соотношению Стефана-Больцмана: где С,=5,6687 вщ м К - 1 коэффициецтизлучеция абсолютно черного тела; 5 - площадьвпешцей поверхности тела. Для обеапечеция получения информации о ствпеци черцоты внешней цеизотермической поверхцости тела предлагается способ, по которому ца поверяость колтролируемого тела цаносят слой вещества с известной степенью черноты, например смесь клея БФс сажей, и вновь помещают тело в вакуумный объем; в той же точке вцешней повсрхцости и при той же температуре оболочки вакуумцого объема поддержива ют п режи юю темпер а туру внутренней отоверхностц оболочки изменепием мощности источника тепла, вторично измеряют температуру тела в той же точке и мощность источника тепла, а искомую велцчицу вычисляют по формпо:419741 10 Р,-ср -273 16 вбвб 10 Р,30 твв+ 27316 40 45 50 где е,р - искомая степень черноты; Р, и Р 2 - мощности внутреннего источника тепла контролируемого тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты соответственно; С,= : 5,6687 вт,лдК 4 - коэффициент излучения абсолютно чепурного тела; 5 - теплоизлучающая поверхность,контролируемого тела; 1.,; 1.: - температуры в одной и той же точке поверхности контролируемого тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты соответственно; Т,ь - абсолютная температура внутренней поверхности оболочки, ограничивающей вакуунмный объем. Степени черноты,внешней поверхности, на. пример, полупроводникового прибора определяют следующим образом.Полупроводниковый прибор размещают примерно в центре вакуумного объема с остаточным давлением газовой среды менее 10мнм рт, ст, и площадью внутренней поверхности оболочки, ограничивающей его, много большей площади внешней поверхности Это соотношение получено на основе следующих предпосылок.Известно, что в вакууме с остаточным давлением газовой среды менее 10мм рт. ст, сток тепла с внешней поверхности любого теланаходящегося в неограниченном объеме, происходит, в основном, путем лучеиспускания, Перенос тепла конвекцией и теплопроводностью в этих уеловиях пренебрежимо мал и в практических тепловых расчетах может не учитываться.Поэтому, располагая данными о степени черноты е, и площади внешней поверхности тела 5, температуре внутренней поверхности оболочки, ограничивающей:вакуум, Т,в и мощности, источника тепла Р, можно рассчитать абсолютную температуру внешней поверхности тела Т,рпо следующему известному соотношепию Стефана-Больцмана:Усрв: Гвб + 10 "СПолученное по этому соотношению значениеЯнтемпературы Т, является среднеи температурой внешней, поверхности тела, соответствующей мощности Р внутреннего источника тепла. По величине Т,р, и абсолютной тем 5 1 О 15 го 25 прибора, В произвольной точке внешней поверхности прибора производят замер температуры в,.любым известным способом, например термопарой, и фиксируют величину мощности источника тепла Р,. Затем прибор извлекают из вакуумного объема, внешнюю поверхность его покрывают веществом с известной степенью черноты, например смесью клея БФи сажи, степень черноты которой в широком диапазоне температур сохраняется на уровне близком к 0,96, и снова помещают в вакуумный объем, изменяют мощность источника тепла так, чтобы температура оболочки не изменилась, В той же точке внешней поверхности прибора и при той же температуре оболочки,вакуумного объема Твв производят второй замер температуры .:в и фиксируют мощность источника тепла Р,. По экспериментально полученным значениям температур 1,1 тв,в, мощностям источника тепла Р, и Р, и температуре оболочки Тоб степень черноты ,внешней поверхности полупроводникового,прибора расчитывают по соотношению: пературе произвольной точечки,внешней поверхности тела (1 в,.+273,16), измеренной при той же мощности Р в условиях вакуума, может быть определен некоторый коэффициент неизотермичности К, показывающий во сколько раз средняя температура Т,р, больше абсолютной температуры точки (1,в+273,16). Значение коэффициента К, как показывают эксперименты и теоретические расчеты, для произвольно выбранной точки достаточно близко к постоянному.Температура 1 в и 1:.любой точечки внешней поверхности тела, измеренная в одних и тех же условиях вакуума до и после нанесения на него покрытия, различна, Объясняется это изменением коэффициента излучения поверхности тела после нанесения на него покрытия.Изменение интенсивности стока тепла с поверхности тела происходит пропорционально изменению степени ее черноты.Коэффициент неизотермичности К не меняет своего значения в зависимости от нали419741 сря+ 3164 106 Ра 0,25Тоб+ - (гср:- -1- 273 е 16 всо Т,-=- К(ср:+ 273,16) = 10 зР,Предмет изобретения 10 ВР,Составитель В, Агапова Редактор И. Шубина Техред 3. Тараненко Корректор Н, Учакина Заказ 1866/2 Изд, Мз 1370 Тираж 760 Подписное Цг 1 ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр, Сапунова, 2 чия или отсутствия покрытия на внешней поверхности тела.В связи с этим он может быть использован для вычисления средней абсолютной температуры тела с неизвестной степенью черноты ен по соотношению, полученному на основе следующих преобразований: Точность расчета по полученному соотнощению повышается с приближением формы тела к форме шара, куба или цилиндра, высота которого равна диаметру основания, и при отсутствии на внешней поверхности значительных вогнутостей. Способ определения степени черноты внешней поверхности тел с внутренним источником тепла путем измерения температуры в произвольной точечке внешней поверхности тела, предварительно размещенного в вакуумном объеме с остаточным давлением газовой среды менее 10 - з мм рт. ст. и,площадью внутренней,поверхности оболочки, ограничивающей вакуумный объем, много большей внешней где еср искомая степень черноты; Р 1 и Р, - мощности внутреннего источника тепла тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты соответственно; С,=5,бб 87 Вт/М"К 4 - коэффициент излучения абсолютно черного тела; 5 - теплоизлучающая поверхность тела; гтвьн И 1 тв 1, -Зная мощность источника тепла Рь при которой измерялась температура точки и среднюю теурпер атуру внешней повер хи ос ги Тср:.н по соотношению Стефана-Больцмаца нетрудно найти и степень ее черноты еср 10 поверхности тела, измерения температурывнутренней поверхности оболочки и мощности источника тепла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью реализации его на телах с неизотермической внешней поверхностью, например полупроводниковых приборах, на поверхность контролируемого тела наносят слой вещества с известной степенью черноты, например смесь клея Бфс сажей, и вновь помещают тело в вакуумный объем; в той же точ ке внешней поверхности и при той же температуре оболочки вакуумного обьема поддерживают прежнюю температуру внутренней поверхности оболочки изменением мощности источника тепла, вторично измеряют температуру тела в той же точке ц мощцость источника тепла, а искомую величину определяют по формуле: температуры в одной и той же точке тела в исходном состоянии и покрытого слоем веще ства с известной степенью черноты; Тоб -абсолютная температура внутренней поверхности оболочки, ограничивающей вакуумный объем.