Главная  Основы теплометрии и змерение плотности 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

ГЛАВА IV

АБСОЛЮТНЫЕ ГРАДУИРОВОЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ПОТОКОВ ПРИ НИЗКИХ и УМЕРЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ (±200° С)

Градуировка прибора, в конечном счете, сводится к измерению эталонированного параметра. Из трех классификационных ви дов. теплообмена - конвекции, кондукции и лучеиспускания - последний поддается наиболее точному эталонированию.

Градуировка датчиков радиационным способом состоит, с одной стороны, в обеспечении нормированного стабильного лучистого потока, с другой - в метрологической информации об этом потоке.

При разработке излучателей умеренной плотности использованы стандартные осветительные и инфракрасные лампы, для больших плотностей потоков - зеркальные модели черного тела с нагревателями из графита и карбида кремния.

Разработанные конструкции абсолютных радиометров основаны на актинометрах Ангстрема, инерционных радиометрах и приборах с компенсацией последовательным замещением. Все они приспособлены к условиям градуировки датчиков при различных плотностях измеряемых потоков.

* В заключение данной главы изложена методика градуировки серийных датчиков радиационным способом.

1. ИЗЛУЧАТЕЛИ ПОТОКОВ НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Современная теория лучистого теплообмена располагает средствами расчета потока, который в определенных геометрических и температурных условиях при известных степенях черноты падает на градуируемый прибор. Система логических предпосылок формально получается замкнутой, однако некоторые ее элементы обоснованы недостаточно. Многие авторы, не имея лучших возможностей, прибегали к такой методике.

Не доверяя геометрическим расчетам, Н. Хэйджер использовал модели абсолютно черных тел в виде полых изотермических конусов, устанавливаемых вблизи приемных поверхностей градуируемых радиометров [232, 233]. Однако и в этом случае нет



p.ftto

I.О

2 3* 4W*.Bmlh

Рис. 55. Характеристика кварцевого излучателя из двух ламп НИК-220-1000.

уверенности в правильности градуировки. Поэтому целесообразнее одновременно измерять потоки абсолютным и градуируемым приборами, поставленными в одинаковые условия по геометрии и степени черноты. Степень черноты проще сделать для двух предметов одинаковой, чем определить ее абсолютное значение. Отпадает также необходимость контроля спектрального состава.

В качестве излучателей малых потоков автор данной монографии использовал осветительные лампы накаливания общего

назначения (ГОСТ 2239-60), а для потоков до 10 KBTJM? - промышленные лампы для инфракрасной сушки типа ЗС.

Существенный недостаток ламп с вольфрамовой нитью состоит в том, что в районе оптического изображения спирали резко изменяется величина падающего потока. Для выравнивания плотности в осветительной технике на пути падающего потока ставят одно или несколько матовых стекол. В теплометрической градуировке этим приемом пользовался Моляр [285]. Этот прием неизбежно связан с большими потерями энергии вследствие поглощения в стекле и загрязнений.

Для получения чистой малопоглощающей матовой поверхности баллон лампы покрывается тонким слоем мелких кристалликов галита (NaCl). Технология покрытия сравнительно проста: концентрированный раствор химически чистой соли в дистиллированной воде наносится пульверизатором на поверхность баллона лампы, работающей в режиме примерно сорокапроцентной нагрузки.

Результаты испытаний показали, что на площадке диаметром до 50 мм при расстоянии от нити накаливания, равном 200 мм, неравномерность падающего потока не хуже 17о, н плотность потоков можно довести до 10 квт/м^. Такие же потоки были получены в муфельной печи при значительно больших затратах материалов, энергии и времени [50, 51].

Освоенные в промышленном производстве лампы типа НИК-220-1000 удобно использовать для создания потоков до 60 квт/м^. Они стойки к тепловым ударам (раскаленную лампу можно обливать водой) и допускают кратковременные перегрузки удвоенной мощностью (до 2 кет).

С целью получения направленного потока две лампы НИК-220-1000 располагали внутри медного охлаждаемого отражателя. Характеристика такого устройства по потоку на рас-



стоянии 100 мм от плоскости осей трубок ламп приведена на рис. 55.

При уплотненном наборе ламп НИК-220-1000 в сплошную панель в режиме кратковременного форсажа можно получить потоки до 200 квт/м^.

Хотя собственная инерционность электрических ламп с вольфрамовыми нитями измеряется секундами, описанные выше устройства в связи с прогревом зеркал и сопряженных деталей фактически выходят на стационарный режим в течение 5-10 мин.

2. ИЗЛУЧАТЕЛИ ПОТОКОВ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Для получения потоков плотностью более 200 квт/м^ не существует стандартной серийной аппаратуры.

В 1961 г. в Лаборатории методов тепловых измерений (ЛМТИ) был разработан излучатель потоков с плотностью до 300 квт/м^, предназначенный для градуировки различных тепломеров и термометрических устройств [32, 58, 69]. Он отличается малой инерционностью и высокой стабильностью. В качестве материала излучателя выбран графит. В окислительной среде уже при температуре 800° С графит начинает активно выгорать. В качестве защиты применено покрытие графита слоем карбида кремния толщиной около 1 мм. Для этого изделия окунают в шликер из смеси карборунда, кремния и глицерина и после сушки подвергают термообработке в нейтральной атмосфере. Детально технология силицирования разработана в Институте проблем материаловедения АН УССР Г. Г. Гнесиным.

В окислительной атмосфере углерод и кремний из карбида кремния выго)ают с выделением углекислого газа и образованием на поверхности стойкой защитной пленки в виде той или иной модификации кремнезема.

Излучатель изготовляется в виде полусферической чаши диаметром, втрое превышающим диаметр амбразуры печи. Продольное сечение печи (вариант I) представлено на рис. 56.

Электроэнергией нагреватель питается от сварочного трансформатора через латунные водоохлаждаемые штуцеры. Сопротивление элемента в готовом виде равно приблизительно 0,1 ом.

При выборе теплоизоляции, снижающей температуру от 1600-2000° С до 20-30° С, производились сравнительные расчеты конструктивных вариантов. Лучше других оказалась холодная отражательная изоляция. Медные стенки, окружающие нагреватель, изнутри отполированы и позолочены, а снаружи хромированы. В теле стенок предусмотрены каналы для протока охлаждающей воды. Конструктивно изоляция оформляется в виде полусферы, закрываемой передней стенкой с амбразурой.

Для определения оптимального зазора между зеркалом и нагревателем были проведены вариантные расчеты теплопере-

8-264 113



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64