RU2593445C1 - Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах - Google Patents
Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593445C1 RU2593445C1 RU2015121831/28A RU2015121831A RU2593445C1 RU 2593445 C1 RU2593445 C1 RU 2593445C1 RU 2015121831/28 A RU2015121831/28 A RU 2015121831/28A RU 2015121831 A RU2015121831 A RU 2015121831A RU 2593445 C1 RU2593445 C1 RU 2593445C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- heater
- distance
- spectrometer
- vacuum chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения излучательной способности материалов. Устройство содержит вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель, спектрометр, компьютер и модель черного тела. При этом в нагревателе на равном расстоянии от оси вращения расположены датчик теплового потока, термопарные датчики и охлаждаемая трубка, верхний торец которой расположен на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, а за нижним торцом трубки установлено плоское зеркало для вывода излучения к спектрометру через оптическое окно в вакуумной камере. Технический результат заключается в обеспечении возможности проведения измерений при температурах выше 1000 К. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оптико-физических исследованиях теплозащитных материалов при высоких температурах.
Известно устройство для измерения спектральных коэффициентов инфракрасного излучения, содержащее вакуумную камеру, исследуемый образец, монохроматор и приемник излучения (патент РФ №2339921, МПК G01J 5/00, 2006). Устройство предназначено для измерения спектральной излучательной способности электропроводящих материалов и материалов с высокой теплопроводностью.
Это устройство не позволяет измерять излучательную способность теплозащитных материалов при высоких температурах.
Известно устройство для измерения излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах, содержащее вакуумную камеру, радиационный нагреватель с расположенным в нем датчиком тепловых потоков и механизм вращения исследуемого образца (Л.Я. Падерин, Б.В. Прусов, О.Д. Токарев. «Установка для исследования интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов и терморегулирующих покрытий». Ученые Записки ЦАГИ, т. XLII, №1, 2011, стр. 53-61). Устройство обеспечивает измерение при высоких температурах интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов, но не позволяет измерять спектральную излучательную способность материалов.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего измерять спектральную излучательную способность теплозащитных материалов при температурах выше 1000 К.
Решение задачи и указанный технический результат достигаются тем, что в устройстве для измерения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах, содержащем вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель с расположенным в нем датчиком тепловых потоков, спектрометр, компьютер и модель черного тела, в нагревателе на равном расстоянии от оси вращения расположены датчик теплового потока, термопарные датчики и охлаждаемая трубка, верхний торец которой расположен на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, а за нижним торцом трубки установлено плоское зеркало для вывода излучения к спектрометру через оптическое окно в вакуумной камере.
На фиг.1 представлена оптическая схема устройства.
Фиг. 2 - вид сверху на омический нагреватель (при отсутствии испытываемого образца и механизма вращения).
Устройство (фиг. 1) содержит вакуумную камеру 1, омический нагреватель 2 с расположенным на нем термопарным датчиком 3 и датчиком теплового потока 4, механизм вращения образца 5, образец 6, термопарный датчик 7, расположенный в зазоре между исследуемым образцом и нагревателем, охлаждаемую трубку 8 для вывода собственного излучения образца, плоское зеркало 9, оптическое окно 10, перекидное зеркало 11, оптическое окно 12, плоское зеркало 13, спектрометр 14 с компьютером 16 и модель черного тела 15.
На фиг. 2 видно взаимное расположение на равном расстоянии от оси вращения термопарного датчика 3, датчика теплового потока 4, охлаждаемой трубки 8, установленных на омическом нагревателе, и термопарного датчика 7, расположенного в зазоре между исследуемым образцом и нагревателем.
Исследуемый образец материала устанавливается на узле крепления механизма вращения 5. Механизм вращения 5 служит для устранения возможной неравномерности температурного поля образца 6 из-за наличия в нагревателе 2 зон, занятых датчиком теплового потока 4 и трубкой 8.
Собственное излучение образца 6 выводится из вакуумной камеры 1 через оптическое окно 10. Потери, связанные с поглощением излучения в окне 10, учитываются при сравнении исследуемого излучения и излучения от модели черного тела 15 за счет установки симметрично относительно перекидного зеркала 11 оптического окна 12.
Измеренные сигналы анализируются в компьютере 16. Компьютер 16 обеспечивает автоматизацию процесса измерения излучательной способности материалов.
Трубка 8 обеспечивает вывод потока собственного излучения и его диафрагмирование для согласования с апертурой спектрометра 14 и модели черного тела 15.
Расположение верхнего торца трубки 8 вблизи поверхности образца 6 на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, позволяет выводить через нее поток собственного излучения образца, отсекая потоки переизлучения.
Определение спектральной излучательной способности теплозащитных материалов основано на сравнении монохроматических энергий излучения образца и модели черного тела при равных температурах.
Измерения заключаются в фиксировании интегрального потока собственного излучения образца и спектров излучения образца и модели черного тела.
Процедура измерений состоит в следующем.
После выхода устройства на стационарный тепловой режим, фиксируемый температурными датчиками 3 и 7, образец 6 приводится во вращение и с помощью датчика 4 измеряется плотность собственного теплового потока. По результатам этих измерений по следующей зависимости, полученной из рассмотрения лучистого теплообмена между образцом 6 и нагревателем 2, вычисляется температура образца То
где q - плотность собственного излучения образца;
σ - постоянная Стефана-Больцмана;
Т3, Т7 - температуры, фиксируемые термопарами 3 и 7;
ε2 - интегральная полусферическая излучательная способность поверхности нагревателя.
По вычисленной температуре образца выставляется температура модели черного тела и затем измеряется спектр излучения образца и с помощью перекидного зеркала 11 - спектр излучения модели черного тела.
Излучательная способность ελ вычисляется по следующей зависимости
где Nλo - сигнал от приемника спектрометра при измерении излучения образца;
Nλmt - сигнал от приемника спектрометра при измерении излучения модели черного тела;
Nλp - сигнал от приемника спектрометра при измерении поглощения излучения оптическим стеклом окна вакуумной камеры.
Поглощательная способность Nλp=f(λ) оптического стекла окна вакуумной камеры определяется в предварительных испытаниях.
Предлагаемое устройство позволяет измерять излучательные характеристики материалов в важном для практики диапазоне температур вплоть до 2000 К.
Claims (1)
- Устройство для измерения спектральной излучательной способности материалов, содержащее вакуумную камеру, исследуемый образец, механизм вращения образца, омический нагреватель с расположенным в нем датчиком тепловых потоков, спектрометр, компьютер и модель черного тела, отличающееся тем, что в нагревателе на равном расстоянии от оси вращения расположены датчик теплового потока, термопарные датчики и охлаждаемая трубка, верхний торец которой расположен на расстоянии, равном 0.3-0.5 расстояния от поверхности образца до нагревателя, а за нижним торцом трубки установлено плоское зеркало для вывода излучения к спектрометру через оптическое окно в вакуумной камере.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015121831/28A RU2593445C1 (ru) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015121831/28A RU2593445C1 (ru) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2593445C1 true RU2593445C1 (ru) | 2016-08-10 |
Family
ID=56613201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015121831/28A RU2593445C1 (ru) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2593445C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107101994A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-08-29 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种不透明材料的光谱发射率测量装置 |
CN107478548A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-15 | 清华大学 | 一种确定运动中高温颗粒表观发射率的装置和方法 |
RU2662053C1 (ru) * | 2017-08-04 | 2018-07-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ и устройство для измерения направленного коэффициента инфракрасного излучения материала |
CN109142227A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-04 | 金华职业技术学院 | 一种用于光谱实验的样品腔 |
CN109142228A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-04 | 金华职业技术学院 | 利用一种样品腔进行光谱实验的方法 |
RU2688911C1 (ru) * | 2018-07-19 | 2019-05-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Способ измерения интегрального коэффициента излучения поверхности твердого материала |
RU2688961C1 (ru) * | 2018-07-06 | 2019-05-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Устройство для измерения двунаправленного коэффициента яркости инфракрасного излучения материалов |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4408878A (en) * | 1979-12-17 | 1983-10-11 | Centre De Recherches Metallurgiques-Centrum Voor Research In De Metallurgie | Method and apparatus for measuring emissivity |
SU1732181A1 (ru) * | 1989-03-02 | 1992-05-07 | Институт технической теплофизики АН УССР | Устройство дл измерени излучательной способности твердых непрозрачных материалов |
SU1347669A1 (ru) * | 1986-01-17 | 1992-09-30 | Предприятие П/Я Г-4903 | Устройство дл определени индикатрисы излучени материалов |
-
2015
- 2015-06-09 RU RU2015121831/28A patent/RU2593445C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4408878A (en) * | 1979-12-17 | 1983-10-11 | Centre De Recherches Metallurgiques-Centrum Voor Research In De Metallurgie | Method and apparatus for measuring emissivity |
SU1347669A1 (ru) * | 1986-01-17 | 1992-09-30 | Предприятие П/Я Г-4903 | Устройство дл определени индикатрисы излучени материалов |
SU1732181A1 (ru) * | 1989-03-02 | 1992-05-07 | Институт технической теплофизики АН УССР | Устройство дл измерени излучательной способности твердых непрозрачных материалов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Л.Я. Падерин и др. "Установка для исследования интегральной полусферической излучательной способности теплозащитных материалов и терморегулирующих покрытий", УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ, т. XLII, No 1, 2011 г., стр. 53-61. * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107101994A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-08-29 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种不透明材料的光谱发射率测量装置 |
CN107101994B (zh) * | 2016-12-14 | 2019-12-03 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种不透明材料的光谱发射率测量装置 |
RU2662053C1 (ru) * | 2017-08-04 | 2018-07-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ и устройство для измерения направленного коэффициента инфракрасного излучения материала |
CN107478548A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-15 | 清华大学 | 一种确定运动中高温颗粒表观发射率的装置和方法 |
CN107478548B (zh) * | 2017-08-16 | 2019-10-25 | 清华大学 | 一种确定运动中高温颗粒表观发射率的装置和方法 |
RU2688961C1 (ru) * | 2018-07-06 | 2019-05-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Устройство для измерения двунаправленного коэффициента яркости инфракрасного излучения материалов |
RU2688911C1 (ru) * | 2018-07-19 | 2019-05-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Способ измерения интегрального коэффициента излучения поверхности твердого материала |
CN109142227A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-04 | 金华职业技术学院 | 一种用于光谱实验的样品腔 |
CN109142228A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-04 | 金华职业技术学院 | 利用一种样品腔进行光谱实验的方法 |
CN109142228B (zh) * | 2018-09-06 | 2023-07-28 | 金华职业技术学院 | 利用一种样品腔进行光谱实验的方法 |
CN109142227B (zh) * | 2018-09-06 | 2023-10-20 | 金华职业技术学院 | 一种用于光谱实验的样品腔 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2593445C1 (ru) | Устройство для определения спектральной излучательной способности теплозащитных материалов при высоких температурах | |
Ishii et al. | Uncertainty estimation for emissivity measurements near room temperature with a Fourier transform spectrometer | |
US20160334284A1 (en) | System and method for calibrating and characterising instruments for temperature measurement by telemetry | |
Zhang et al. | An improved algorithm for spectral emissivity measurements at low temperatures based on the multi-temperature calibration method | |
CN105738295A (zh) | 一种基于三离轴抛物面镜和双参考黑体的发射率测量装置 | |
JP2011501135A5 (ru) | ||
Šebök et al. | Diagnostics of electric equipments by means of thermovision | |
CN107101994B (zh) | 一种不透明材料的光谱发射率测量装置 | |
CN107941667B (zh) | 高温环境气固两相流多参数测量装置和方法 | |
Hopper et al. | A CMOS-MEMS thermopile with an integrated temperature sensing diode for mid-IR thermometry | |
RU2552599C1 (ru) | Способ бесконтактного измерения яркостной температуры теплового поля исследуемого объекта | |
Höser et al. | Uncertainty analysis for emissivity measurement at elevated temperatures with an infrared camera | |
CN106370311B (zh) | 一种针对热分析仪的温度测量装置及测量方法 | |
Engelhard et al. | Application of infrared thermography for online monitoring of wall temperatures in inductively coupled plasma torches with conventional and low-flow gas consumption | |
JP2005140546A (ja) | 低温拡散反射測定装置及びそれに用いる試料ホルダ、低温拡散反射スペクトル測定方法 | |
Ishii et al. | Fourier transform spectrometer for thermal-infrared emissivity measurements near room temperatures | |
CN107655833B (zh) | 一种低导热率非导体材料高温半球发射率测量方法与系统 | |
Mosharov et al. | Pyrometry using CCD cameras | |
RU2610552C1 (ru) | Устройство для измерения интегральной полусферической излучательной способности частично прозрачных материалов | |
EP3283863B1 (en) | Characterization of spectral emissivity via thermal conductive heating and in-situ radiance measurement using a low-e mirror | |
Khakhalin et al. | Thermostatting of condensed samples in the spectrometer when using the attenuated total reflectance method | |
Zhang et al. | Overview of radiation thermometry | |
US3483378A (en) | Apparatus for determining the emittance of a body | |
Chen et al. | An in situ online methodology for emissivity measurement between 100° C and 500° C utilizing infrared sensor | |
Nunak et al. | Emissivity estimation using thermographic camera |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170610 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181002 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200610 |