Способ определения степани черноты материалов и устройство для его осуществления

СПИИЗОБРЕТЕНИЯ Солев Советских Социалистических РесгубликАОРОМУ вйдНЕСУ лолнительное к авт. свид-в(22) Заявлено 17.12.74 (21) 2085008/25 исоединением заявки Ле 23) Приоритетпубликовано 30.03,77. Бюллетень М 12 ата опубликования описания 18,05.77 Государствеиныи комитет Совета Мииистрав СССР2) Авторизобретения В. С. Двас1) Заявитель Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроенияАН СССР(54) СПОСОЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЪ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к калориметрическпм методам теплофцзпческих измерений и может быть использовано, например, прп определении параметров лучистого теплообмена тел.Из получивших в настоящее время наиболее широкое распространение методов экспериментального определения степени черноты тел: радиационного метода, метода регулярного 1)ежла и калорнметрчсскоо метода, - последний обеспечивает наиболее высокую то нссть измереция,в широком интервале температур и, кроме того, позволяет измерять степень;ерноты для полного полусферического излучения, являющегося наиболее важным для практцкц случаемСущество известных способов измерения степени черноты тел, основанных на калориметрическом методе, сводится к следующему. Образец исследуемого материала с известной площадью поверхности Ев помещают в камеру, стенки которой выполнены из материала с известной (эталонной) степенью черноты Е. Затем понижают давление газа в камере до значений порядка 10 - " мм рт. ст. и тем самым практически исключают перенос тепла от образца к стенкам камеры за счет конвекции и теплопроводплости газа, Далее в стационарном режиме измеряют: мощность Я, подводимую к образцу с помощью нагревателя, температуру поверхности ооразца То, температуру стенок камеры Т. Так как прц указанном выше разрежении подводимая к образцу моппостд Я рассеивается практически только излучением, 5 то, используя известные формы для лучистоготеплового потока и численные значения величин Уо, Тю, Тв, Я и Е, вычисляют искомую степень черноты образца.Однако из-за трудно учитываемых царазнт цых потерь тепла ио арматуре крепления образца способ дает недостаточно высокую точность измерения.Целью изобретения является повышениеточности измерения.15 Г 1 оставленная цель достигается тем, что исследуемый образец помещают дополнительно в другую идентичную камеру с известной, но отличную от первой степенью черноты, термостатпруют вторую камеру прп температуре 20 внутренней поверхности, равной соотвегствулощеи температуре первой камеры, регулируют подводимую к образцу мощность до восстановления его исходной температуры и по известным уравнени 5 лм теплового бслацса оп 1 с деляют искомую величину.Предлагаемое устройство для определениястепени черноты материалов, состоящее пз исследуемого образца, помещенного в камеру с пзгестпой степенью черноты, снабжено второй 30 камерой, идентичной первой, прц этом образецвыполнен в форме цилиндра, на поверхности которого расположены последовательно концентрическими слоями обмотка проволочного нагревателя, обмотка проволочного терморезцстора и слой цсследуен)го материала, а камера выполнена в виде соосного образцу полого цилиндра такой же или большей длины, на внутренней поверхности которого расположены последовательно концентрическими слоямн обмотка проволочного нагревателя и проволочного терморезистора и обе камеры выполнены съемными с соотношением диаметров образца А, ц камеры Аьи, Ь - Са"- (1 мм2Сушность изобретения поясняется чертежом.Съемный образец 1, имеющий форму полого цилиндра диаметром д, и длиной 1, надевают на оправку 2, на боковой поверхности которой имеется обмотка проволочного нагревателя, Образец, покрытый слоем материала, имеющего степень черноты Епомещают соосно в полую камеру цилиндрической формы - экран 3, степень черноты материала которого Еь, и зажимают между центрирующцми втулками 4. Затем с помощью подогревной обмотки подводят к образцу мощность и, регулируя последнюю, повышают температуру поверхности образца до значения Ть при котором хотят измерять искомую степень черноты, По наступлении стационарного режима измеряют подводцмую к образцу мощность Я, обеспечивающую поддержание его стационарной температуры, равной ТьПосле этого образец извлекают цз камеры- экрана 3 и также соосцо помещают его в другую съемную камеру-экран 5, материал которого имеет степень черноты Е., отличную от Еи Еь Оба сменных экрана прц этом выполнены с равными внутренними диаметрами сь = 4 п равными длинами 1 ь = 1,. Затем регулируют подводцмую к образцу мощность до такого значения (", при котором в стационарном режиме поверхность образца будет иметь температуру, равную первоначальной Т, и измеряют значение величины Я". Температуры экранирующих цилиндров при измерении величин Я и Я" поддерживают постоянными и равными Т.Материалы образца и камер-экранов выбирают так, чтобы из трех величин ЕЕь и Е, 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 по уменьшению доли паразитцых кондуктивных ц конвективцых тепловых потоков в суммарной мощности рассеяния образца. Для уменьшения коцдуктпвцых потоков тепла по арматуре крепления образца деряателц оправки выполнены коническими, т. е. соприка сающимися с оправкой только в двух точках (на соответствующих торцах).Для уменьшения потоков тепла, рассеиваемых с торцов оправки ц образца, оправка и образец выполнены ццлцндическцмц с отношением длины к диаметру более 10,Уменьшение конвективного потока в устройстве достигается тем, что диаметры образца д, и камеры-экрана д,ь удовлетворяют соот ношению(1 мм2Благодаря этому в,прослойке воздуха между образцом и камерой конвекция практически отсутствует.Неизвестную искомую степень черноты образца определяют из следующего уравнения, содержащего в качестве единственного цеизвестного искомую величину: 1Е Ш ( Е) Е Ш, ( Е, ) 30 где оо = 5,67 10 - 4 Вт см - град, -- постояннаяСтефана Бальцмана,Е - площадь боковой поверхности образца (см),З 6 Данный способ обеспечивает по сравнениюс известными калориметрическими способамиболее высокую точность измерения благодарятому, что в нем, в отличие от прототипа, исключается погрешность, вносимая трудноучи 40 тываемым паразитным тепловым потоком поарматуре цагреваемого цилиндра,Ф ор мул а изобретения 46 1. Способ определения степени черноты материалов, основанный ца измерении мощности, подводимой к исследуемому образцу с известной площадью поверхности, помещаемому в камере с известной степенью черноты, и из мерении температуры поверхностей образца икамеры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, исследуемый образец помещают дополнительно в другую идентичную камеру с известной, но отлич ной от первой степенью черноты, термостатируют вторую камеру при температуре внутренней поверхности, равной соответствующей температуре первой камеры, регулируют подводнмую к образцу мощность до восстановле 60 ния его исходной температуры, и по известнымуравнениям теплового баланса определяют ис.комую величину.2. Устройство для определения степени черноты материалов, состоящее цз исследуемого 65 образца, помещенного в камеру с известной.(1 мм 10 Составитель В. Зуевактор Н. Коляда Техред А, Камышникова Корректор И. Позняковская ПодписноСР ткрытий я наб., д. 45по делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушск каз 1398/9 Изд.308 ТИ 1)а 2 к 899 ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров пография, пр. Сапунов степенью черноты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено второй камерой, идентичной первой, ир этом образец выполнен в форме пил и илр а, и а поверхности котор ото расположеныены последовательно концентрическими слоямн обмотка проволочного нагревателя, обмотка проволочного терморезистора и слой исследуемого материала, а камера выполнена в виде соосного образцу полого цилиндра такой же или большей длины, на внутренней поверхности которого расположены последовательно концентрическими слоями обмотка проволочного нагревателя и проволочного терморезистора и обе камеры выполнены съемны ми с соотношением диаметров образца сикамеры са,ь