RU2510491C2 - Method of measuring emissivity factor - Google Patents
Method of measuring emissivity factor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510491C2 RU2510491C2 RU2012100921/28A RU2012100921A RU2510491C2 RU 2510491 C2 RU2510491 C2 RU 2510491C2 RU 2012100921/28 A RU2012100921/28 A RU 2012100921/28A RU 2012100921 A RU2012100921 A RU 2012100921A RU 2510491 C2 RU2510491 C2 RU 2510491C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blackness
- degree
- temperature
- sample
- samples
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
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 abilities (degree of blackness) of the surface of solids in a wide range of temperature changes and determination of temperatures Depending th degree black.
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.
В частности, известен 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.In particular, a known method and apparatus 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 the model of a completely 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 strength of currents and voltage drops in the central the zone of each of the samples, the temperature of the outer surface of one sample and the inner surface of the second sample, produce pulsed t The thermal effect on the external surface of one of the samples, simultaneously recording the temperature of the opposite surface of the same sample and using these data, they calculate the set of desired thermophysical characteristics - thermal diffusivity and thermal conductivity, specific heat, spectral and integral degree of blackness, electrical resistivity. A device is also proposed for determining the thermophysical characteristics of the claimed method.
К недостаткам данного способа и устройства следует отнести сложность способа и устройства, ограничения на геометрию образцов, исследуемых с применением данного способа, а также трудности обеспечения малой погрешности измерений при регистрации нестационарных температур и последующем вычислении совокупности исследуемых параметров.The disadvantages of this method and device include the complexity of the method and device, the limitations on the geometry of the samples studied using this method, as well as the difficulty of ensuring a small measurement error when recording non-stationary temperatures and the subsequent calculation of the totality of the studied parameters.
Известен способ определения теплофизических свойств твердых тел (RU 1766172, 1995). Сущность способа заключается в том, что образец в форме прямоугольного параллелепипеда нагревают электрическим током, измеряют мощность, выделяемую в стационарном тепловом режиме на изотермическом в осевом направлении участке образца. Измеряют температуры на поверхности параллелепипеда в серединах двух взаимно перпендикулярных граней и на расстоянии от его ребра, равном радиусу площадки визирования оптического пирометра, и по измеренным параметрам рассчитывают теплофизические характеристики.A known method for determining the thermophysical properties of solids (RU 1766172, 1995). The essence of the method lies in the fact that the sample in the form of a rectangular parallelepiped is heated by electric current, the power released in the stationary thermal regime on the axial section of the sample isothermal is measured. Temperature is measured on the surface of the parallelepiped in the middle of two mutually perpendicular faces and at a distance from its edge equal to the radius of the sighting site of the optical pyrometer, and the thermophysical characteristics are calculated from the measured parameters.
Недостатками данного способа является то, что удовлетворение заданной точности измерения требует точного и дорогостоящего оборудования для измерения величины лучистого теплового потока, а также, ограничения, связанные с необходимостью помещения образца в вакуумную камеру, а в случае ее отсутствия с необходимостью учета тепловой мощности, отводимой конвекцией, что повышает погрешность измерений.The disadvantages of this method is that the satisfaction of the specified measurement accuracy requires accurate and expensive equipment for measuring the value of the radiant heat flux, as well as the limitations associated with the need to place the sample in a vacuum chamber, and in the absence of it, with the need to take into account the heat output from convection , which increases the measurement error.
Наиболее близким по технической сущности к способу измерения степени черноты поверхности твердых тел, являющемуся предметом настоящего изобретения следует считать способ измерения степени черноты твердых тел (RU 770333, 1979), при котором измеряют температуры и скорости изменения температуры эталонного и исследуемого образцов, причем эталонный образец изготавливают из того же материала, что и исследуемый образец, наносят на эталонный образец покрытие с известной степенью черноты, сравнивают скорости изменения температуры эталонного и исследуемого образцов при их нагреве излучением черного тела в моменты времени, соответствующие одинаковой температуре, и определяют степень черноты по формуле:The closest in technical essence to the method of measuring the degree of blackness of the surface of solids, which is the subject of the present invention should be considered a method of measuring the degree of blackness of solids (RU 770333, 1979), which measure the temperature and rate of change of temperature of the reference and test samples, and the reference sample is made from the same material as the test sample, a coating with a known degree of blackness is applied to the reference sample, the rates of change of temperature of the reference and samples being eaten when they are heated by blackbody radiation at times corresponding to the same temperature, and the degree of blackness is determined by the formula:
где ε1 - степень черноты исследуемого образца;where ε 1 is the degree of blackness of the test sample;
ε2 - степень черноты эталонного образца;ε 2 is the degree of blackness of the reference sample;
Данный известный способ позволяет при наличии двух одинаковых образцов твердого тела, один из которых имеет покрытие с известной степенью черноты, при нагреве обоих образцов излучением абсолютно черного тела сравнением скоростей изменения температуры получать искомый параметр.This known method allows, in the presence of two identical samples of a solid, one of which has a coating with a known degree of blackness, when both samples are heated by radiation of a black body by comparing the rates of temperature change, the desired parameter can be obtained.
Недостатками указанного способа являются необходимость замера скоростей изменения температуры образцов в строго фиксированные моменты времени, когда температуры обоих образцов одинаковы, кроме того, измерение скорости изменения обоих образцов требует дополнительного оборудования. Получение зависимости степени черноты твердого тела от температуры с помощью этого способа не обеспечивает постоянство точности параметра во всем диапазоне измерений, поскольку скорости изменения температуры образцов зависят от температуры.The disadvantages of this method are the need to measure the rate of change of temperature of the samples at strictly fixed times when the temperatures of both samples are the same, in addition, measuring the rate of change of both samples requires additional equipment. Obtaining the dependence of the degree of blackness of a solid on temperature using this method does not ensure constant accuracy of the parameter in the entire measurement range, since the rate of change of temperature of the samples depends on temperature.
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 measuring the degree of blackness and simplifying the method of measurement.
Поставленные задачи решаются согласно настоящему изобретению, во-первых, тем, что способ измерения степени черноты, включающий в соответствии с ближайшим аналогом, измерения степени черноты покрытий и свободных поверхностей твердых тел при котором последовательно измеряют температуры эталонного и исследуемого образцов, изготавливаемых из одного материала с нанесенным на эталонный образец покрытием с известной степенью черноты, отличается от ближайшего аналога тем, что образцы, изготовленные в виде двух одинаковых пластин с одинаковыми покрытиями размещают параллельно один напротив другого покрытиями наружу, в полость между ними помещают электронагреватель, устанавливают в воздушную среду, последовательно нагревают при постоянной мощности нагревателя до полного установления стационарного теплового режима, а степень черноты исследуемой поверхности определяют по формуле:The tasks are solved according to the present invention, firstly, by the fact that the method of measuring the degree of blackness, including, in accordance with the closest analogue, measuring the degree of blackness of coatings and free surfaces of solids, in which the temperatures of the reference and test samples made from the same material are successively measured applied to a reference sample with a coating with a known degree of blackness, differs from the closest analogue in that the samples made in the form of two identical plates with the same E coatings are placed parallel opposite one another coatings outwardly in the cavity between them is placed an electric heater installed in the air environment, sequentially heated at the heater constant power to complete establishment of the stationary thermal mode, and the emissivity of the surface under study is determined by the formula:
где Pm, P0 - мощности источника тепловыделений, затрачиваемые на нагрев эталонного и исследуемого образцов до стационарного значения температуры Ts, К;where P m , P 0 - the power of the heat source spent on heating the reference and test samples to a stationary temperature T s , K;
Tс - температура среды, К;T with - medium temperature, K;
σ=5,67·10-8 Вт/(м2·K4) - 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, установленные в держателях на воздухе, отдают в окружающую среду тепловую энергию конвекцией и излучением.Samples of materials with coatings heated by heat sources installed in holders in the air give off thermal energy to 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; Р - мощность источника тепловыделений, затрачиваемая на нагрев образца.q is the specific heat output to the environment by radiation; P is the power of the heat source used to heat the sample.
Величина q определяется из соотношения:The value of q is determined from the relation:
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 Ts, 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 Tс, при этих же значениях температур измеряется мощность тепловыделений Р. Таким образом, величины Ts, Tс, qm и Р в рассматриваемой задаче являются заданными, так же как и площадь поверхности S.The value of the specific power q m is easily determined from the values of T S and T c , at the same temperature values the heat release power P. is measured. Thus, the values of T s , T c , q m and P are given in the considered problem, as well as the area surface S.
Искомыми величинами являются коэффициент лучистого теплообмена а и степень черноты ε.The sought quantities are the radiant heat transfer coefficient a 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 вычислена из соотношения:The convective heat transfer coefficient α can be determined from the calculation by known methods. In this case, α can be calculated from the relation:
где Qm - удельная мощность тепловыделений в КО или мощностьwhere Q m is the specific power of heat in KO or power
тепловыделений при ε=1, отнесенная к площади теплоотдающей поверхности образца;heat release at ε = 1, referred to the area of the heat-transfer surface of the sample;
ϑs - перегрев поверхности образца над окружающей средой. На следующем этапе из опыта с ИО определяется степень черноты изϑ s - overheating of the surface of the sample over the environment. At the next stage, the degree of blackness from
где Q0 - удельная мощность тепловыделений в ИО;where Q 0 - the specific power of heat in the AI;
P0 - 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), получим:P 0 is the total heat dissipation power in the IE, 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 получаем:where 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 get:
Таким образом, измеряя мощности тепловыделений в ИО и КО (Pm и P0), 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 0 ), 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 изготавливают 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 помещают 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.
Измеряют зависимости температуры в стационарном режиме от мощности источника тепловыделений Ts(Р) и рассчитывают зависимость степени черноты исследуемой поверхности от температуры ε(Ts). Задавая в экспериментах различные значения температурного уровня Ts, можно определить зависимость степени черноты от температуры.The dependences of the temperature in the stationary mode on the power of the heat source T s (P) are measured and the dependence of the degree of blackness of the test surface on the temperature ε (T s ) is calculated. By setting different values of the temperature level T s in experiments, one can determine the dependence of the degree of blackness on temperature.
Измерения степени черноты покрытий и свободных поверхностей твердых тел, при котором последовательно измеряют температуры эталонного и исследуемого образцов, изготавливаемых из одного материала с нанесенным на эталонный образец покрытием с известной степенью черноты, причем образцы, изготовленные в виде двух одинаковых пластин с одинаковыми покрытиями, размещают параллельно один напротив другого покрытиями наружу, в полость между ними помещают электронагреватель, устанавливают в воздушную среду, последовательно нагревают при постоянной мощности нагревателя до полного установления стационарного теплового режима, а степень черноты исследуемой поверхности определяют по приведенной формуле, что обеспечивает повышение точности измерений степени черноты поверхности твердых тел и упрощение измерений, реализующий данный способ. Это утверждение подтверждается следующими соображениями.Measurement of the degree of blackness of coatings and free surfaces of solids, in which the temperatures of the reference and test samples made of the same material coated with a known degree of blackness are applied successively, moreover, samples made in the form of two identical plates with the same coatings are placed in parallel one opposite the other with coatings outward, an electric heater is placed in the cavity between them, installed in the air, sequentially heated during post yannoy heater power to complete establishment of the stationary thermal mode, and the emissivity of the surface under study is determined by the above formula, which increases the accuracy of measurements of the degree of blackness of solid surfaces and simplification of the measurement, which implements the method. 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 способа 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, способ позволяет проводить измерения при любой температуре поверхности тел, достижимой нагревателем, мощность которого не ограничивается предлагаемым способом. Это обстоятельство имеет особое значение, поскольку предлагаемый способ позволяет выполнять прямые замеры температуры и скорости ее изменения 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.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 method, 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 the temperature distribution over its surface and thickness with a minimum disturbing thermal flow diverted from the ends of the samples. Thirdly, the method 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 method allows direct measurements of temperature and its rate of change to determine the degree of blackness of the surface of solids in the entire possible temperature range of samples in air, which greatly simplifies, speeds up and reduces the cost of technological operations of measuring parameters, since requires, for example, the mandatory performance of work in a vacuum chamber.
По мнению авторов настоящего изобретения, наилучший технический результат применения данного способа достигается в том случае, когда производится непрерывный контроль температуры образцов, например, с помощью термопар, 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 application of this method is achieved when the temperature of the samples is continuously monitored, for example, by means of thermocouples, as well as by the heat generation capacity, the value of which must be stabilized before reaching a stationary temperature value of 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 способа 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 Pm=2,26 Вт для контрольного образца при ε=1 и для исследуемого образца при P0=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 method 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 T s = 450 K, the heat release power is P m = 2.26 W for the control sample at ε = 1 and for the test sample at P 0 = 1.79 W, which gives the desired value ε = 0.6.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящего изобретения, благодаря наличию у заявляемого способа определения степени черноты свободных поверхностей твердых тел и покрытий перечисленных выше отличительных признаков.Marked indicates a solution to the above objectives of the present invention, due to the presence of the proposed method for determining the degree of blackness of the free surfaces of solids and coatings of the above distinctive features.
На рисунке показана схема установки, реализующая предлагаемый способ, 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 method, 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 предлагаемого способа для проведения измерений степени черноты поверхностей берут образцы из требуемого материала, на который наносятся 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 фиксируется и не изменяется до полного выполнения измерений.In accordance with the algorithm of the proposed method for taking measurements of the degree of blackness of surfaces, samples are taken from the required material, on which the control and test coatings are applied. 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 fixed and does not change until complete measurements.
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 Pm 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 предлагаемому способу завершены. Подставляя полученные значения в формулу (6) получают степень черноты покрытия исследуемого образца.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 stabilizer 5, the steady-state temperature of samples 1 is ensured? 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 proposed method are completed. Substituting the obtained values into formula (6), the degree of blackness of the coating of the test sample is obtained.
Проведенные согласно предлагаемому способу измерения могут быть выполнены в вакуумной камере. Последовательность проведения и существо выполняемых операций при этом не изменяются.The measurements carried out according to the proposed method can be performed in a vacuum chamber. The sequence of operations and the nature of the operations performed are not changed.
Для получения зависимости степени черноты поверхности твердых тел от температуры выполняются измерения согласно алгоритму предлагаемого способа для ряда значений мощностей тепловыделений и соответствующих установившихся значений температур образцов, для которых искомая зависимость задается в виде таблицы или графика ε(Ts).To obtain the dependence of the degree of blackness of the surface of solids on temperature, measurements are performed according to the algorithm of the proposed method for a number of heat generation capacities and corresponding steady-state temperatures of samples for which the desired dependence is specified in the form of a table or graph ε (T s ).
Таким образом, способ определения степени черноты свободных поверхностей и покрытий твердых тел обеспечивает повышение точности определения степени черноты и упрощение применения способа.Thus, the method for determining the degree of blackness of free surfaces and coatings of solids improves the accuracy of determining the degree of blackness and simplifies the application of the method.
Claims (4)
где Рm, P0 - мощности источника тепловыделений, затрачиваемые на нагрев эталонного и исследуемого образцов до стационарного значения температуры Ts, К;
ТC - температура среды, К;
σ=5,67·10-8 Вт/(м2K4) - постоянная Стефана-Больцмана;
S - теплоотдающая площадь поверхности образца, м2;
εэ - степень черноты поверхности эталонного образца.1. The method of measuring the degree of blackness of coatings and free surfaces of solids, in which the temperatures of the reference and test samples are successively measured, made of the same material coated with a known degree of blackness on the reference sample, characterized in that the samples are made in the form of two identical plates with the same coatings, they are placed parallel to one opposite the other with the coatings outward, an electric heater is placed in the cavity between them, installed in the air, followed by no heated at a constant heating power to complete establishment of the stationary thermal mode, and the emissivity of the surface under study is determined by the formula:
where P m , P 0 - the power of the heat source spent on heating the reference and test samples to a stationary temperature T s , K;
T C is the temperature of the medium, K;
σ = 5.67 · 10 -8 W / (m 2 K 4 ) is the Stefan-Boltzmann constant;
S is the heat transfer surface area of the sample, m 2 ;
ε e - the degree of blackness of the surface of the reference sample.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100921/28A RU2510491C2 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Method of measuring emissivity factor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012100921/28A RU2510491C2 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Method of measuring emissivity factor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012100921A RU2012100921A (en) | 2013-07-20 |
| RU2510491C2 true RU2510491C2 (en) | 2014-03-27 |
Family
ID=48791588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012100921/28A RU2510491C2 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Method of measuring emissivity factor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2510491C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598699C1 (en) * | 2015-08-17 | 2016-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) |
| RU2617725C1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-04-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for determining emissivity of hard materials and device for its implementation |
| RU2694115C1 (en) * | 2018-07-03 | 2019-07-09 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of determining degree of blackness of surface of natural fairings of missiles during thermal tests and installation for its implementation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU270295A1 (en) * | В. С. Баталов, Л. Н. Линник, К. И. Лобачев, С. Д. Федотов | METHOD FOR DETERMINING THE DEGREE OF BLACK BODY | ||
| SU412496A1 (en) * | 1971-07-20 | 1974-01-25 | Пак Ванбо , П. С. Глазырин | METHOD OF RELATIVE MEASUREMENT OF THE DEGREE OF BLACKNESS OF SOLID TELTIJObi "l ;; .- ^! - ':? -?; ^ * ^?". WIJ in S, -' • <. -, - '.- ^ r ^ V •• fi 'L' ^ - * r-; • ..-- • .-.; ^ N ,. "s (f'J |
| SU419741A1 (en) * | 1972-03-28 | 1974-03-15 | В. С. Гребенников , О. М. Гребенникова | METHOD FOR DETERMINING THE DEGREE OF BLACK EXTERNAL SURFACE OF BODIES WITH AN INTERNAL SOURCE OF HEAT |
| SU770333A1 (en) * | 1979-05-31 | 2005-11-20 | В.Н. Жигалов | METHOD OF MEASURING THE DEGREE OF BLACKNESS OF SOLID BODIES |
-
2012
- 2012-01-11 RU RU2012100921/28A patent/RU2510491C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU270295A1 (en) * | В. С. Баталов, Л. Н. Линник, К. И. Лобачев, С. Д. Федотов | METHOD FOR DETERMINING THE DEGREE OF BLACK BODY | ||
| SU412496A1 (en) * | 1971-07-20 | 1974-01-25 | Пак Ванбо , П. С. Глазырин | METHOD OF RELATIVE MEASUREMENT OF THE DEGREE OF BLACKNESS OF SOLID TELTIJObi "l ;; .- ^! - ':? -?; ^ * ^?". WIJ in S, -' • <. -, - '.- ^ r ^ V •• fi 'L' ^ - * r-; • ..-- • .-.; ^ N ,. "s (f'J |
| SU419741A1 (en) * | 1972-03-28 | 1974-03-15 | В. С. Гребенников , О. М. Гребенникова | METHOD FOR DETERMINING THE DEGREE OF BLACK EXTERNAL SURFACE OF BODIES WITH AN INTERNAL SOURCE OF HEAT |
| SU770333A1 (en) * | 1979-05-31 | 2005-11-20 | В.Н. Жигалов | METHOD OF MEASURING THE DEGREE OF BLACKNESS OF SOLID BODIES |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598699C1 (en) * | 2015-08-17 | 2016-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) |
| RU2617725C1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-04-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for determining emissivity of hard materials and device for its implementation |
| RU2694115C1 (en) * | 2018-07-03 | 2019-07-09 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of determining degree of blackness of surface of natural fairings of missiles during thermal tests and installation for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012100921A (en) | 2013-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zribi et al. | Design, fabrication and characterization of thin film resistances for heat flux sensing application | |
| 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. | |
| Fu et al. | Experimental research on the influence of surface conditions on the total hemispherical emissivity of iron-based alloys | |
| Scoarnec et al. | A new guarded hot plate designed for thermal-conductivity measurements at high temperature | |
| RU2510491C2 (en) | Method of measuring emissivity factor | |
| JPH03225268A (en) | Direct heating type calorimetric instrument | |
| Zhang et al. | Investigation of infrared spectral emissivity of low emittance functional coating artefacts | |
| Höser et al. | Uncertainty analysis for emissivity measurement at elevated temperatures with an infrared camera | |
| RU2521131C2 (en) | Method and device for emissivity factor measurement | |
| Beck et al. | Investigation of a new simple transient method of thermal property measurement | |
| RU2654823C1 (en) | Method of measuring thermal conductivity of solid materials | |
| JPH09222404A (en) | Method and device for measuring specific heat capacity | |
| RU123519U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING BLACK DEGREE | |
| RU2688911C1 (en) | Method of measuring integral coefficient of surface radiation of solid material | |
| 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 | |
| RU2598699C1 (en) | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) | |
| RU2694115C1 (en) | Method of determining degree of blackness of surface of natural fairings of missiles during thermal tests and installation for its implementation | |
| RU2625599C9 (en) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies | |
| RU2755330C1 (en) | Method for measuring thermal conductivity | |
| Babak et al. | Hardware-Software System for Measuring Thermophysical Characteristics of the Materials and Products. | |
| Zharova et al. | Technique of measuring the emissivity coefficient of solid materials surface | |
| Yuan et al. | -30\,^ ∘ C-30∘ C to 960\,^ ∘ C 960∘ C Variable Temperature Blackbody (VTBB) Radiance Temperature Calibration Facility | |
| Dai et al. | Peak-wavelength method for temperature measurement | |
| Arkhipov et al. | Technique of measuring the emissivity coefficient |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140301 |