Способ измерения перепада температур на слое полупрозрачного материала и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 230678 (21) 2647803/18-25с присоединением заявки Мо(51)М. Кл 2 С 01 Л 5/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт высоких температур АН СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР НА СЛОЕ ПОЛУПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к методам измерения температуры полупрозрачных материалов.Известен способ и устройство для измерения профиля температуры по толщине слоя полупрозрачного материала с использованием интерферометра Г 17,В этом способе образец исследуемого материала устанавливают в интер.-10 ферометр Маха-Цендера обычной прямоугольной конструкции (в качестве источника света используют галий-неоновый лазер) и снимают интерферограмму, которую затем увеличивают, фо тографируют и обрабатывают на измерительном микроскопе. Интерферограмму легко расщифровать, если известна температура образца в какой- либо точке и определено положение 20 полос.Преимущество указанного способа и устройства состоит в том, что при измерении не искажается поле температур в слое полупрозрачного ма териала.Недостатки известного способа и устройства для измерения профиля температур в слое заключаются в том, что образцы последуемого мате риала не должны иметь свилей, пузырей и других центров рассеяния света, что трудно осуществить на практике; исследуемый материал должениметь линейную зависимость показателя преломления от температуры,известную с высокой точностью, аобразцы материала могут быть толькопрямоугольной формы, обработанныес оптической точностью. Кроме того,необходимо создать изотермичноетемпературное поле по длине образца,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемому.результату является способ измерениятемпературы полупрозрачного материала, включающий предварительную градуировку приемника излучения по яркости излучения модели черного телапри различных температурах с последующим фотоэлектрическим измерениеминтенсивности излучения поверхностислоя Г 2)По этому способу может быть измерен перепад температур на слое частично прозрачного материала при исследовательном измерении излученияс обеих поверхностей слоя,Устройство для осуществления этого способа включает расположенныеУстройство включает инфракрасный охлаждаемыф приемник 1 излучения, чувствительным элементом которого является германий, легированный золотом, типа "Свод".Перепад инфракрасным приемником 1 излучения установлен инфракрасныйинтерференционный фильтр 2, вырезаю 5 30 15 20 25 30 35 40 щин область сильного поглощения исследуемого материала.Градуировку проводят по трубчатой модели черного тела 3 с тремяотверстиями 4, 5 и б,Модель черного тела 3 с помощьютокоподводов 7 нагревается проходящим током.Отверстия 4 и б модели черноготела 3 визируют либо инфракраснымприемником 1 излучения с фильтром2, либо приемником 8 излучения длявидимой области спектра, например,ФЭУ. Перед приемником излученияустановлен красный интерференционный светофильтр 9, выреэающий излучение в области длины волн от0,65 до О,бб мкм. Попеременное направление излучения модели черноготела 3 (при градуировке) или образца (при измерениях), устанавливаемого на место модели черного тела,и модуляция излучения на частоте37. Гц с последующим синхронным детектированием осуществляют оптической системой 10 и зеркальным модулятором 11, снабженным приводом 12,причем модулятор 11 расположен в плоскости, проходящей через биссектрисуугла между осями приемников излучения1 и 8. Регистрацию сигналов с приемников излучения 1 и 8 осуществляют с использованием автоматическойрегистрирующей аппаратуры 13. Измерение опорной температуры осуществляют оптическим пирометром 14 либотермопарой,)Устройство работает следующим образом.Трубчатую модель черного тела 3нагревают до стационарного состояния. После этого визируют отверстия 4 и б с помощью зеркального модулятора 11 на приемных диафрагмахинфракрасного приемника излучение 1и приемника излучения в видимой области излучения в инфракрасной области. Эатем на несколько градусов5-15 К) увеличивают температуру модели черного тела 3 и измеряютизлучение в видимой и инфракраснойобластях спектра.Последовательно изменяя температуру модели черного тела З,определяют Т и, соответственно, 6 Т истроят градуировочную зависимость. где Э, 3, - интенсивность излученияпри температуре Т и Т соответственно,дТ - разность температур,лТ рассчитывается по формулегде В, Вд - яркось излучения модели черного тела при температуре Т,Т соответственно,С - 1438 10 м град;л - длина волны, соответствующая максимальномупропусканию интерференционного фильтра длявидимой части спектра.Опорную температуру Т устанавливают и измеряют через каждые 100 К. В результате на графике - =(аЛ получают набор кривых, которые используют при определении перепада температур на слое частично проз рачного материала (фиг. 2).Сравнение оценок погрешности измерения перепада материала известным способом и предложенным показывает, что предложенный способ позволяет уменьшить погрешность в 10 раз.Формула изобретения251. Способ измерения перепада температур на слое полупрозрачного материала, включающий предварительную градуировку приемника излучения по .яркости излучения модели черного ЗО тела при различных температурах с последующим фотоэлектрическим измерением яркостей излучения границ слоя полупрозрачного материала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с З 5 целью повышения точности измерений,при градуировке дополнительно измеряют отношение яркостей для узкогоспектрального диапазона в видимойобласти спектра и по известным соотношениям вычисляют перепад температур на модели черного тела, затемпо градуировочной кривой зависимости отношения яркостей излучения отперепада температур определяют перепад температур на слое полупрозрачного материала.2. Устройство для осуществленияспособа по и. 1, включающее расположенные последовательно модель черного тела, оптическую систему, инфракрасный приемник излучения с фильтром для выделения области сильногопоглощения исследуемого материалаи автоматическую регистрирующую .аппаратуру, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения устройство дополнительносодержит приемник излучения с узкополосным фильтром, зеркальный модулятор, снабженный приводом, причеммодулятор расположен в плоскости,проходящей через биссектрису угламежду осями приемников излучения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Андерсон Р., Вискоита, Стивенсон С. Перенос тепла в полупрозрачных телах.фТеплопередача", 1973, Р 2,с. 33-42.