RU123519U1 - DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE Download PDFInfo
- Publication number
- RU123519U1 RU123519U1 RU2012100993/28U RU2012100993U RU123519U1 RU 123519 U1 RU123519 U1 RU 123519U1 RU 2012100993/28 U RU2012100993/28 U RU 2012100993/28U RU 2012100993 U RU2012100993 U RU 2012100993U RU 123519 U1 RU123519 U1 RU 123519U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- samples
- degree
- blackness
- temperature
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
1. Устройство для измерения степени черноты покрытий и свободных поверхностей твердых тел, включающее средства для установки, нагрева и измерения температуры эталонного и исследуемого образцов, причем средства для размещения образцов установлены так, что образцы в виде двух одинаковых пластин размещены один напротив и параллельно другому покрытиями наружу, в полость между ними установлен электронагреватель, отличающееся тем, что электронагреватель подключен к стабилизатору мощности.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эталонный образец имеет покрытие со степенью черноты ε=1.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронагреватель изготовлен из нихромовой проволоки с электроизоляционным слоем из керамических трубок.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что образцы установлены в вакуумную камеру.1. A device for measuring the degree of emissivity of coatings and free surfaces of solids, including means for setting, heating and measuring the temperature of the reference and test samples, and the means for placing the samples are installed so that the samples in the form of two identical plates are placed one opposite and parallel to the other by coatings outside, in the cavity between them, an electric heater is installed, characterized in that the electric heater is connected to a power stabilizer. 2. The device according to claim 1, characterized in that the reference sample is coated with a degree of emissivity ε = 1.3. The device according to claim 1, characterized in that the electric heater is made of nichrome wire with an electrically insulating layer of ceramic tubes. The device according to claim 1, characterized in that the samples are installed in a vacuum chamber.
Description
Изобретение относится к теплофизике в области теплообмена излучением, в частности, к методам и средствам определения радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел на основе сравнительного анализа радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел с известными свойствами и преимущественно может быть использовано для точного измерения интегральной по спектру излучения излучательной способности (степени черноты) поверхности твердых тел в широком интервале изменения температуры и определения температурной зависимости степени черноты.The invention relates to thermophysics in the field of heat transfer by radiation, in particular, to methods and means for determining the radiation characteristics of surfaces and coatings of solids based on a comparative analysis of the radiation characteristics of surfaces and coatings of solids with known properties and can mainly be used for accurate measurement of the radiation spectrum integral emissivity (degree of blackness) of the surface of solids in a wide range of temperature and temperature blackness.
Для измерения степени черноты поверхностей твердых тел применяются методы, основанные на сравнении величины измеряемой оптическим пирометром мощности лучистого потока нагретых тел с известной степенью черноты поверхности с мощностью лучистого потока тела с неизвестной степенью черноты, которую требуется определить, а также на сравнении температуры излучающих поверхностей твердого тела с известной степенью черноты с температурой излучающей поверхности тела с неизвестной степенью черноты.Methods are used to measure the degree of blackness of the surfaces of solids based on a comparison of the measured radiant flux power of the heated bodies with a known degree of surface blackness with the radiant flux of the body with an unknown degree of blackness to be determined, as well as a comparison of the temperature of the radiating surfaces of a solid with a known degree of blackness with the temperature of the radiating surface of the body with an unknown degree of blackness.
Известно устройство для определения теплофизических свойств твердых тел (Ю.И.Шаров, П.А.Щинников. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. Сборник лабораторных работ. Новосибирск, 2002, с.30-36.). Устройство состоит из трех цилиндров. Поверхность каждого цилиндра обработана специальным образом. Поверхность одного из цилиндров - никелирована и полирована, степень черноты поверхности известна (ε1=0,15) и этот цилиндр является белым телом или эталоном №1. Поверхность другого цилиндра покрыта сажей мазута, степень черноты поверхности известна (ε2=0,95) и этот цилиндр является черным телом или эталоном №2. Поверхность третьего цилиндра покрыта окисью меди. Данный цилиндр является серым телом (образцом), степень черноты его поверхности неизвестна. Внутри каждого цилиндра установлен тепловыделяющий элемент (электронагреватель) на который подается напряжение. Температура на поверхности цилиндров регулируется изменением мощности на нагревательном элементе. Контроль температуры осуществляют посредством термопар и потенциометров, контроль мощности тепловыделяющего элемента - соответствующими измерительными приборами. После наступления стационарного режима производится выравнивание температур цилиндров. Соответствующие рассеиваемые мощности определяются по результатам измерения тока и напряжения:A device for determining the thermophysical properties of solids (Yu.I. Sharov, P. A. Shchinnikov. Technical thermodynamics and the basics of heat transfer. Collection of laboratory works. Novosibirsk, 2002, p.30-36.). The device consists of three cylinders. The surface of each cylinder is specially treated. The surface of one of the cylinders is nickel-plated and polished, the degree of blackness of the surface is known (ε 1 = 0.15), and this cylinder is a white body or reference No. 1. The surface of another cylinder is covered with black oil, the degree of blackness of the surface is known (ε 2 = 0.95), and this cylinder is a black body or reference No. 2. The surface of the third cylinder is coated with copper oxide. This cylinder is a gray body (sample), the degree of blackness of its surface is unknown. A fuel element (electric heater) is installed inside each cylinder to which voltage is supplied. The temperature on the surface of the cylinders is controlled by a change in power on the heating element. Temperature control is carried out by means of thermocouples and potentiometers, the power of the fuel element is controlled by appropriate measuring devices. After the onset of the stationary mode, the cylinder temperatures are equalized. The corresponding power dissipation is determined by measuring the current and voltage:
W=IUcosφ,W = IUcosφ,
где I - ток нагревательного элемента;where I is the current of the heating element;
U - напряжение нагревательного элемента;U is the voltage of the heating element;
cosφ=0,96.cosφ = 0.96.
Определяется степень черноты образцаThe degree of blackness of the sample is determined.
εобр=(ε2-ε1C)/(1+С), С=(W2-Wобр)/(Wобр-W1).ε arr = (ε 2 -ε 1 C) / (1 + С), С = (W 2 -W arr ) / (W arr -W 1 ).
Недостатком устройства является его сложность, а также сложность проведения измерений, необходимость выравнивания температуры трех различных тел, что снижает точность определения искомой степени черноты поверхности.The disadvantage of this device is its complexity, as well as the complexity of the measurements, the need to equalize the temperature of three different bodies, which reduces the accuracy of determining the desired degree of blackness of the surface.
Известно устройство для определения степени черноты твердых тел (Техническая термодинамика и теплопередача: методические указания к лабораторным работам для студентов всех специальностей / СПбГАСУ. Е.Т. Васьков. - СПб., 2003. - с.41-46.). Основной частью устройства является разъемная пластина-излучатель, выполненная из двух металлических пластин, между которыми в кольце помещен электрический нагреватель, выполненный из нихромовой проволоки. Мощность нагревателя регулируется автотрансформатором. Наружная поверхность одной из пластин излучателя зачернена сажей, а наружная поверхность второй пластины, степень черноты которой определяется, оставлена без покрытия. Температуры пластины измеряются с помощью термопар, горячие спаи которых закреплены в толще пластин с внутренней стороны на расстоянии не более 1 мм от наружной излучающей поверхности. На каждой из пластин смонтированы по 3 термопары, которые через переключатель соединены с потенциометром. Разъемная пластина-излучатель укреплена в основании и может быть повернута в стойке по отношению к термостолбику поочередно зачерненной и серой поверхностями. В качестве приемника излучения используется термостолбик, представляющий собой цепь пятидесяти термопар из нихрома и константана, соединенных последовательно путем сварки. Корпус, в котором помещается термобатарея, имеет с лицевой стороны окно для доступа теплового потока. Просвет окна может регулироваться при помощи задвижек. Для увеличения поверхности нагрева и уменьшения тепловой инерции термопары составлены из тонких ленточек нихрома и константана. Термопары в батарее расположены в одной плоскости так, что рабочие места спаев находятся на одной линии посредине окна, а холодные спаи помещаются за пределами окна; для защиты от действия теплового потока они залиты парафином. Металлическая конусная насадка предназначена для концентрации направленного на термостолбик потока лучистой энергии. Для лучшего поглощения теплового потока, падающего на рабочую поверхность термостолбика, термопары покрыты тонким слоем копоти. Возникающая ЭДС термопар пропорциональна интенсивности излучения. ЭДС измеряется микроамперметром, подключенным к термостолбику. После определения температуры поверхности исследуемого твердого тела и температуры эталона при равных потоках лучистой энергии с обеих поверхностей, определяют искомую степень черноты расчетным путем. Недостатком устройства является сложность самого устройства, обусловленная наличием термостолбика для измерения теплового потока, его большие габариты и низкая надежность, сложность проведения замеров параметров.A device for determining the degree of blackness of solids (Technical thermodynamics and heat transfer: guidelines for laboratory work for students of all specialties / SPbGASU. E.T. Vaskov. - SPb., 2003. - S. 41-46.). The main part of the device is a detachable emitter plate made of two metal plates, between which an electric heater made of nichrome wire is placed in the ring. The power of the heater is regulated by an autotransformer. The outer surface of one of the emitter plates is blackened with soot, and the outer surface of the second plate, the degree of blackness of which is determined, is left uncoated. The plate temperatures are measured using thermocouples, hot junctions of which are fixed in the thickness of the plates from the inside at a distance of not more than 1 mm from the outer radiating surface. On each plate, 3 thermocouples are mounted, which are connected through a switch to a potentiometer. The detachable emitter plate is fixed at the base and can be rotated in a rack with respect to the thermal column by alternately blackened and gray surfaces. A thermal column is used as a radiation receiver, which is a chain of fifty thermocouples of nichrome and constantan, connected in series by welding. The housing in which the thermal battery is placed has a window on the front side for accessing the heat flux. The window clearance can be adjusted by means of latches. To increase the heating surface and reduce thermal inertia, thermocouples are composed of thin ribbons of nichrome and constantan. Thermocouples in the battery are located in the same plane so that the jobs of the junctions are on the same line in the middle of the window, and the cold junctions are placed outside the window; to protect against the action of heat flow, they are filled with paraffin. The metal cone nozzle is designed to concentrate the flow of radiant energy directed to the thermal column. For better absorption of the heat flux incident on the working surface of the thermo column, thermocouples are covered with a thin layer of soot. The resulting emf of thermocouples is proportional to the radiation intensity. EMF is measured by a microammeter connected to a thermal column. After determining the surface temperature of the investigated solid and the temperature of the standard with equal fluxes of radiant energy from both surfaces, determine the desired degree of blackness by calculation. The disadvantage of this device is the complexity of the device itself, due to the presence of a thermal column for measuring the heat flux, its large dimensions and low reliability, the difficulty of measuring parameters.
Наиболее близким по технической сущности к устройству для измерения степени черноты поверхности твердых тел, являющемуся предметом настоящего изобретения следует считать способ и устройство для определения теплофизических характеристик тонкослойных материалов (RU 2132549, 1999). Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют предварительный нагрев до заданной температуры модели абсолютно черного тела, образованного двумя идентичными параллельно расположенными плоскими образцами совместно с боковыми и внутренними секционированными экранами, путем пропускания через образцы одинаковых электрических токов, измеряют силу токов и падения напряжения в центральной зоне каждого из образцов, температуры внешней поверхности одного образца и внутренней поверхности второго образца, производят импульсное тепловое воздействие на внешнюю поверхность одного из образцов, одновременно регистрируя температуру противоположной поверхности этого же образца и, используя эти данные, рассчитывают набор искомых теплофизических характеристик - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности, удельную теплоемкость, спектральную и интегральную степень черноты, удельное электросопротивление. Предложено также устройство для определения теплофизических характеристик по заявленному способу.The closest in technical essence to the device for measuring the degree of blackness of the surface of solids, which is the subject of the present invention should be considered a method and device for determining the thermophysical characteristics of thin-layer materials (RU 2132549, 1999). The essence of the invention lies in the fact that they carry out preheating to a predetermined temperature of a model of an absolutely black body formed by two identical parallel arranged flat samples together with side and internal sectioned screens, by passing the same electric currents through the samples, measure the current strength and voltage drop in the central zone each of the samples, the temperature of the outer surface of one sample and the inner surface of the second sample, produce pulsed t pilaf impact on the outer surface of one of the samples, while recording the temperature of the opposite surface of the same sample, and using these data, calculate the desired set of thermal characteristics - the coefficients of thermal diffusivity and conductivity, specific heat, and the integral spectral emissivity, resistivity. A device is also proposed for determining the thermophysical characteristics of the claimed method.
К недостаткам данного устройства следует отнести сложность, ограничения на геометрию образцов, исследуемых с применением данного устройства, а также трудности обеспечения малой погрешности измерений при регистрации нестационарных температур и последующим вычислении совокупности исследуемых параметров.The disadvantages of this device include the complexity, limitations on the geometry of the samples studied using this device, as well as the difficulty of ensuring a small measurement error during registration of unsteady temperatures and the subsequent calculation of the totality of the studied parameters.
Задачами группы изобретений является повышение точности измерений степени черноты и упрощение способа выполнения измерений.The objectives of the group of inventions is to increase the accuracy of measurements of the degree of blackness and simplify the method of measurement.
Поставленные задачи решаются, согласно настоящему изобретению, тем, что устройство для измерения степени черноты покрытий и свободных поверхностей твердых тел, включающее образцы и средства для установки, нагрева и измерения температуры образцов, причем, один из образцов имеет покрытие с известной степенью черноты, а покрытие другого образца подлежит исследованию, образцы в виде двух одинаковых пластин размещены один напротив и параллельно другому покрытиями наружу, в полости между ними установлен электронагреватель, отличающееся тем, что с целью упрощения устройства и повышения точности измерений степень черноты исследуемых поверхностей определяется по формуле:The tasks are solved, according to the present invention, in that a device for measuring the degree of blackness of coatings and free surfaces of solids, including samples and means for installing, heating and measuring the temperature of the samples, moreover, one of the samples has a coating with a known degree of blackness, and the coating of another sample to be investigated, samples in the form of two identical plates are placed one opposite and parallel to the other with the coatings facing out, in the cavity between them there is an electric heater, characterized in that in order to simplify the device and improve the accuracy of measurements, the degree of blackness of the investigated surfaces is determined by the formula:
, ,
где Рm, PO - мощности источника тепловыделений, затрачиваемые на нагрев эталонного и исследуемого образцов до стационарного значения температуры TS, К;where P m , P O - the power of the heat source spent on heating the reference and test samples to a stationary temperature T S , K;
ТC - температура среды, К;T C is the temperature of the medium, K;
σ=5,67*10-8 Вт/м2 К4 - постоянная Стефана-Больцмана;σ = 5.67 * 10 -8 W / m 2 K 4 is the Stefan-Boltzmann constant;
S - теплоотдающая площадь поверхности образца, м2;S is the heat transfer surface area of the sample, m 2 ;
εэ - степень черноты поверхности эталонного образца.ε e - the degree of blackness of the surface of the reference sample.
Образцы материалов с покрытиями, нагреваемыми источниками тепловыделений и установленные в держателях на воздухе, отдают в окружающую среду тепловую энергию конвекцией и излучением.Samples of materials with coatings, heated by heat sources and installed in holders in the air, emit thermal energy into the environment by convection and radiation.
В стационарном тепловом режиме уравнение теплового баланса имеет вид:In stationary thermal mode, the heat balance equation has the form:
где α - коэффициент конвективного теплообмена;where α is the convective heat transfer coefficient;
q - удельная тепловая мощность, отдаваемая в окружающую среду излучением;q is the specific heat output to the environment by radiation;
Р - мощность источника тепловыделений, затрачиваемая на нагрев образца.P is the power of the heat source used to heat the sample.
Величина q определяется из соотношенияThe quantity q is determined from the relation
q=εqm; q = εq m ;
где ε - степень черноты поверхности образца;where ε is the degree of blackness of the surface of the sample;
qm - удельная мощность излучения для абсолютно черной поверхности.q m is the specific radiation power for a completely black surface.
Вводится следующее ограничение на условие проведения эксперимента: при разных степенях черноты поверхности образца поддерживается постоянное значение его температуры ТS, что достигается соответствующей регулировкой мощности Р.The following restriction is introduced on the condition of the experiment: at different degrees of blackness of the surface of the sample, a constant value of its temperature T S is maintained, which is achieved by appropriate adjustment of power R.
Значение удельной мощности qm легко определяется по значениям TS и ТC, при этих же значениях температур измеряется мощность тепловыделений Р. Таким образом, величины TS, ТC, qm и Р в рассматриваемой задаче являются заданными, так же как и площадь поверхности S.Value power density q m is easily determined from the values of T S and T C, at the same temperature values measured heat emission power P. Thus, the values of T S, T C, q m and P in the problem are given, as well as the area surface S.
Искомыми величинами являются коэффициент лучистого теплообмена α и степень черноты ε.The sought quantities are the radiant heat transfer coefficient α and the degree of blackness ε.
Эксперимент проводится в следующей последовательности: сначала исследуется образец с абсолютно черной поверхностью (контрольный образец - КО), затем измерения проводятся для образца с неизвестной степенью черноты, которую требуется определить (исследуемый образец - ИО).The experiment is carried out in the following sequence: first, a sample with a completely black surface is examined (control sample — KO), then measurements are carried out for a sample with an unknown degree of blackness, which is required to be determined (test sample — IO).
Конвективный коэффициент теплообмена α может быть определен из расчета по известным методикам. В этом случае α может быть определена из соотношения:The convective heat transfer coefficient α can be determined from the calculation by known methods. In this case, α can be determined from the relation:
; ; ; ;
где Qm - удельная мощность тепловыделений в КО или мощность тепловыделений при ε=1, отнесенная к площади теплоотдающей поверхности образца;where Q m is the specific power of heat in the CO or the power of heat at ε = 1, referred to the area of the heat-transfer surface of the sample;
ϑS - перегрев поверхности образца над окружающей средой.ϑ S - overheating of the surface of the sample over the environment.
На следующем этапе из опыта с ИО определяется степень черноты изAt the next stage, the degree of blackness from
; ;
где QO - удельная мощность тепловыделений в ИО;where Q O is the specific power of heat in the AI;
PO - полная мощность тепловыделений в ИО, при которой достигается та же величина перегрева ϑS, что и в КО. Подставив в (4) выражение для α из (3),получимP O is the total heat dissipation power in the EUT at which the same superheat ϑ S is achieved as in the CO. Substituting in (4) the expression for α from (3), we obtain
где ΔQ и δQ соответственно абсолютное и относительное приращение мощности тепловыделений в образце при изменении степени черноты его поверхности относительно значения ε=1, откуда получаемwhere ΔQ and δQ, respectively, the absolute and relative increment of the heat release power in the sample with a change in the degree of blackness of its surface relative to the value ε = 1, whence we obtain
Таким образом, измеряя мощности тепловыделений в ИО и КО (Рm и PO), затрачиваемые на поддержание температуры поверхностей образцов на уровне TS, определяют степень черноты исследуемой поверхности.Thus, by measuring the power of heat in the IE and KO (P m and P O ) spent on maintaining the surface temperature of the samples at the level of T S , determine the degree of blackness of the investigated surface.
Электронагреватель изготовлен из нихромовой проволоки с электроизоляционным слоем из керамических трубок.The electric heater is made of nichrome wire with an insulating layer of ceramic tubes.
Образцы помещены в вакуумную камеру. В этом случае конвективная составляющая теплообмена образцов с окружающей средой равна нулю и весь теплообмен происходит излучением. Выражение для степени черноты остается прежним, однако подводимая мощность отводится от образцов только лучистым потоком.Samples are placed in a vacuum chamber. In this case, the convective component of the heat transfer of the samples with the environment is equal to zero, and all heat transfer occurs by radiation. The expression for the degree of blackness remains the same, however, the input power is removed from the samples only by a radiant flux.
Устройство для измерения степени черноты покрытий и свободных поверхностей твердых тел, включающее образцы и средства для установки, нагрева и измерения температуры образцов, причем, один из образцов имеет покрытие с известной степенью черноты, а покрытие другого образца подлежит исследованию, образцы в виде двух одинаковых пластин размещены один напротив и параллельно другому покрытиями наружу, в полости между ними установлен электронагреватель, причем, степень черноты исследуемых поверхностей определяют по данной формуле, что обеспечивает повышение точности измерений степени черноты поверхности твердых тел и упрощение измерений, реализующих данное устройство. Это утверждение подтверждается следующими соображениями.A device for measuring the degree of blackness of coatings and free surfaces of solids, including samples and means for installing, heating and measuring the temperature of samples, moreover, one of the samples has a coating with a known degree of blackness, and the coating of the other sample is to be studied, samples in the form of two identical plates placed one opposite and parallel to the other with coatings outward, an electric heater is installed in the cavity between them, moreover, the degree of blackness of the surfaces under study is determined by this formula, which ensures This increases the accuracy of measurements of the degree of blackness of the surface of solids and simplifies the measurements that implement this device. This statement is confirmed by the following considerations.
Во-первых, это позволяет обеспечивать нагрев обоих образцов одним нагревателем, размещенным между ними, что дает равенство подводимой тепловой мощности к обоим образцам, исключая возможную погрешность на этом этапе измерений. Во-вторых, указанные отличительные признаки предлагаемого устройства при его осуществлении обеспечивают при соответствующем выборе формы и размеров образцов, например, в виде круглой тонкой пластины необходимой толщины, симметрию температурного поля каждого образца и высокую равномерность распределения температуры по ее поверхности и толщине при минимальном возмущающем тепловом потоке, отводимом от торцов образцов. В-третьих, устройство позволяет проводить измерения при любой температуре поверхности тел, достижимой нагревателем, мощность которого не ограничивается предлагаемым способом. Это обстоятельство имеет особое значение, поскольку предлагаемое устройство позволяет выполнять прямые замеры температуры для определения степени черноты поверхности твердых тел во всем возможном диапазоне температур образцов в воздушной среде, что существенно упрощает, ускоряет и удешевляет проведение технологических операций измерения параметров, поскольку не требует, например, обязательного выполнения работ в вакуумной камере, что также возможно.Firstly, this makes it possible to provide heating of both samples with one heater placed between them, which gives equal heat input to both samples, eliminating the possible error at this measurement stage. Secondly, these distinctive features of the proposed device, when implemented, provide, with an appropriate choice of the shape and size of the samples, for example, in the form of a round thin plate of the required thickness, the symmetry of the temperature field of each sample and high uniformity of temperature distribution over its surface and thickness with a minimum disturbing thermal flow diverted from the ends of the samples. Thirdly, the device allows measurements at any temperature of the surface of the bodies, achievable by the heater, the power of which is not limited to the proposed method. This circumstance is of particular importance, since the proposed device allows direct temperature measurements to determine the degree of blackness of the surface of solids in the entire possible temperature range of samples in air, which greatly simplifies, accelerates and cheapens the process of measuring parameters, since it does not require, for example, mandatory work in a vacuum chamber, which is also possible.
По мнению авторов настоящего изобретения, наилучший технический результат применения данного устройства достигается в том случае, когда производится непрерывный контроль температуры образцов, например, с помощью термопар и скорости изменения температур образцов, а также мощностью тепловыделений, величина которой должна быть стабилизирована до достижения стационарного значения температур обоих образцов. При этом для снижения погрешности результата важно обеспечить одинаковые условия теплоотвода конвективным и лучистым потоком от наружных поверхностей обоих образцов.According to the authors of the present invention, the best technical result of the use of this device is achieved when the temperature of the samples is continuously monitored, for example, using thermocouples and the rate of change of temperature of the samples, as well as the power of heat generation, the value of which must be stabilized before reaching a stationary temperature both samples. Moreover, to reduce the error of the result, it is important to ensure the same conditions for heat removal by convective and radiant flux from the outer surfaces of both samples.
Экспериментальные исследования авторов настоящего изобретения, проведенные в лабораторных условиях, показали, что в случае реализации данного устройства при нормальных условиях на воздухе при измерении степени черноты поверхности покрытия на круглых пластинах из АМГ - 6 диаметром 20 мм, толщиной 1 мм при температуре TS=450 К величина мощности тепловыделений составляет Рm=2,26 Вт для контрольного образца при ε=1 (АЧТ), и для исследуемого образца при PO=1,79 Вт, что дает искомое значение ε=0,6.Experimental studies of the authors of the present invention, carried out in laboratory conditions, showed that in the case of the implementation of this device under normal conditions in air when measuring the degree of blackness of the coating surface on round AMG - 6 plates with a diameter of 20 mm, a thickness of 1 mm at a temperature of TS = 450 K the heat release power is P m = 2.26 W for the control sample at ε = 1 (blackbody), and for the test sample at P O = 1.79 W, which gives the desired value ε = 0.6.
Отмеченное выше свидетельствует о решении декларированных задач настоящего изобретения, благодаря наличию у заявляемого устройства определения степени черноты свободных поверхностей твердых тел и покрытий перечисленных ранее отличительных признаков.The above indicates the solution of the declared problems of the present invention, due to the presence of the claimed device to determine the degree of blackness of the free surfaces of solids and coatings of the previously listed distinguishing features.
На рисунке показана схема установки, реализующая предлагаемое устройство, где 1 - образцы, 2 - покрытие, 3 - держатель, 4 - нагреватель, 5 - стабилизатор мощности, 6 - термопары, 7 - блок преобразования сигналов термопар, 8 - измерительно-регистрирующее устройство.The figure shows the installation diagram that implements the proposed device, where 1 - samples, 2 - coating, 3 - holder, 4 - heater, 5 - power stabilizer, 6 - thermocouple, 7 - thermocouple signal conversion unit, 8 - measuring and recording device.
В соответствии с алгоритмом применения устройства для проведения измерений степени черноты поверхностей образцы из требуемого материала имеют контрольное и исследуемое покрытия. Форма образца - круглая пластинка толщиной, например, около 1 мм. Первыми в устройство устанавливаются образцы с покрытием, имеющим известную степень черноты, желательно, чтобы контрольный образец имел степень черноты, близкую к единице, это позволит получить наибольшую величину разности мощностей тепловыделений в обоих измерениях. Образцы 1 устанавливаются в держатели 3 параллельно друг другу покрытиями 2 наружу. На внутреннюю поверхность образцов устанавливают измерительные спаи термопар 6, соединенные с блоком преобразования сигналов термопар 7, которые в свою очередь соединены с измерительно-регистрирующим устройством 8. Между образцами 1 устанавливается спираль нагревателя 4, соединенного со стабилизатором мощности нагревателя 5, который соединен с измерительно-регистрирующим устройством 8. Расстояние между образцами 1 выставляется минимально возможное, фиксируется и не изменяется до полного выполнения измерений.In accordance with the algorithm for using the device for measuring the degree of blackness of surfaces, samples of the required material have control and test coatings. The shape of the sample is a round plate, for example, about 1 mm thick. The first to install the device with a coating coating having a known degree of blackness, it is desirable that the control sample had a degree of blackness close to unity, this will allow to obtain the largest value of the difference in power of heat in both dimensions. Samples 1 are installed in the holders 3 parallel to each other with the coatings 2 outward. On the inner surface of the samples, measuring junctions of thermocouples 6 are connected, connected to the signal conversion unit of thermocouples 7, which in turn are connected to the measuring and recording device 8. Between the samples 1, a spiral of heater 4 is connected, connected to the power stabilizer of heater 5, which is connected to the measuring recording device 8. The distance between samples 1 is set to the minimum possible, fixed and does not change until complete measurements.
Устройство работает следующим образом. Стабилизатором мощности 5 задают необходимую температуру образцов, величину которой контролируют с помощью измерительно-регистрирующего устройства 8. Значение температуры каждого образца используется для нахождения среднего значения температуры образцов как среднего арифметического значения. Достижение установившегося значения температуры образцов по показаниям измерительно-регистрирующего устройства 8 свидетельствует об окончании измерения с контрольными образцами. Фиксируется величина мощности тепловыделения Рm и среднее значение температуры образцов TS. Оба контрольных образца 1 снимают и вместо них устанавливают образцы с исследуемым покрытием, к каждому из которых подключены термопары 3, аналогичные тем, что применялись в первом измерении и соединенные с блоком преобразования сигналов термопар 7. Регулированием мощности стабилизатора 5 обеспечивают величину установившейся температуры образцов 1 равную величине TS, при этом фиксируют мощность стабилизатора нагрева, равную P0. Необходимые измерения согласно алгоритму предлагаемого устройства завершены. Подставляя полученные значения в формулу (6) получают степень черноты покрытия исследуемого образца.The device operates as follows. The power stabilizer 5 sets the required temperature of the samples, the value of which is controlled using a measuring and recording device 8. The temperature value of each sample is used to find the average temperature of the samples as the arithmetic mean value. The achievement of a steady-state value of the temperature of the samples according to the readings of the measuring and recording device 8 indicates the end of the measurement with control samples. The value of the heat release power P m and the average value of the temperature of the samples T S are fixed. Both control samples 1 are removed and instead of them, samples with the test coating are installed, thermocouples 3 are connected to each of them, similar to those used in the first measurement and connected to the thermocouple signal conversion unit 7. By regulating the power of the stabilizer 5, the steady-state temperature of samples 1 is equal to the value of T S , while fixing the power of the heating stabilizer, equal to P 0 . The necessary measurements according to the algorithm of the proposed device are completed. Substituting the obtained values into formula (6), the degree of blackness of the coating of the test sample is obtained.
Измерения могут быть выполнены в вакуумной камере. Последовательность проведения и существо выполняемых операций при этом не изменяются.Measurements can be performed in a vacuum chamber. The sequence of operations and the nature of the operations performed are not changed.
Таким образом, устройство для определения степени черноты свободных поверхностей и покрытий твердых тел обеспечивает повышение точности определения степени черноты и упрощение применения устройства.Thus, a device for determining the degree of blackness of free surfaces and coatings of solids provides increased accuracy in determining the degree of blackness and simplifies the use of the device.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100993/28U RU123519U1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100993/28U RU123519U1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU123519U1 true RU123519U1 (en) | 2012-12-27 |
Family
ID=49257830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012100993/28U RU123519U1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU123519U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2578730C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Device for measuring emissivity of coatings |
-
2012
- 2012-01-11 RU RU2012100993/28U patent/RU123519U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2578730C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Device for measuring emissivity of coatings |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | An improved algorithm for spectral emissivity measurements at low temperatures based on the multi-temperature calibration method | |
| Monte et al. | The measurement of directional spectral emissivity in the temperature range from 80° C to 500° C at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt. | |
| Ren et al. | Apparatus for measuring spectral emissivity of solid materials at elevated temperatures | |
| CN110017902A (en) | High-temperature targets material infrared emissivity measuring device and method | |
| CN106248726B (en) | Antioxidant coating is in 500~2300 DEG C of section thermal shock/thermal fatigue properties and radiation characteristic test device | |
| Watanabe et al. | Spectral emissivity measurements | |
| RU2510491C2 (en) | Method of measuring emissivity factor | |
| JPH03225268A (en) | Direct heating type calorimetric instrument | |
| RU123519U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE | |
| RU2521131C2 (en) | Method and device for emissivity factor measurement | |
| Hay et al. | The metrological platform of LNE for measuring thermophysical properties of materials. | |
| CN109142228A (en) | A kind of method for carrying out spectrum experiment using sample cavity | |
| RU2694115C1 (en) | Method of determining degree of blackness of surface of natural fairings of missiles during thermal tests and installation for its implementation | |
| JPH09222404A (en) | Method and device for measuring specific heat capacity | |
| RU2688911C1 (en) | Method of measuring integral coefficient of surface radiation of solid material | |
| Raether et al. | Thermal Management of Heating Processes–Measuring Heat Transfer Properties | |
| Anuchin et al. | Influence of the Method of Attaching Surface Thermocouples on the Error of Temperature Determination in Testing Ceramic Materials on Radiative Heating Installations | |
| CN109211796B (en) | Method for measuring high-temperature continuous spectrum emissivity of solid material by using temperature disturbance method | |
| RU2132549C1 (en) | Method and device for metering thermal characteristics of thin-layer materials | |
| Arkhipov et al. | Technique of measuring the emissivity coefficient | |
| RU2625599C9 (en) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies | |
| Vader et al. | Design and testing of a high‐temperature emissometer for porous and particulate dielectrics | |
| Milošević et al. | Measurements of thermophysical properties of solids at the Institute VINČA | |
| Zharova et al. | Technique of measuring the emissivity coefficient of solid materials surface | |
| Redgrove | Measurement of the spectral emissivity of solid materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130112 |