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

Если бч.п < 4 мкм, покрытие оказывается в какой-то мере теплопрозрачным, и количество поглощенной лучистой энергии начинает зависеть от толщины. Значение коэффициента теплопроводности покрытия К.п может быть равным 1 вт/м-град. Для нихро-мовой пластины бч.п = 0,2 мм. Я, = 20 вт/м-град. Для приведенных значений коэффициент неидентичности Л в уравнении (IV. 1) равен 1%.

В актинометрических компенсационных устройствах Ангстрема теплоотдача происходит посредством свободной конвекции и ее термическое сопротивление на два порядка выше.

При изготовлении деталей и монтаже прибора неизбежны; отклонения, приводящие к нарушению симметрии. Поэтому конструктивные элементы прибора целесообразно выбирать таким образом, чтобы влияние допущенных погрешностей на результаты измерений было малым.

Возможная неидентичность заделки концов рабочих пластин может привести к фиктивному балансу при измерениях. Размеры пластин необходимо выбирать такими, чтобы влияние заделок концов на температуру в средней части было несущественным. Пластина представляет собой равномерно обогреваемый стержень с отводом тепла с поверхности за счет конвекции и в места крепления - теплопроводностью. Уравнение теплопроводности для такого случая имеет следующий вид:

SXj+W-a.tO, (IV.2>

где W - мощность, подводимая к единице площади стержня; отсчет температуры t ведется от температуры охлаждающего воздуха.

Граничные условия в местах крепления при х=0, х=1 и на середине пластины при х = -g- будут соответственно

(IV.3>

= 0.

Если пренебречь влиянием температуры на коэффициент теплопроводности, уравнение (IV.2) можно привести к безразмерному виду

г^(-1) = 0, (IV.4>

где



и граничные условия

при и = 0ии=1 & = 0,

(IV.5)

При условиях (IV.5) общее решение уравнения (IV.4) имеет вид

*К -ftK

1 - & = -- + --г - (IV.6)

Для середины пластин, где крепятся головки дифференциальной термопары, и = , и формула (IV.6) принимает вид:

* =l-sch4-. (IV.7)

Чтобы влияние концевых заделок пластины на температуру в середине было несущественным, величина k, как видно из формулы (IV.7), должна быть достаточно большой. Если, например, 1-#=0,03, то самое сильное возмущение на одном конце пластины или на обоих ее концах приведет к изменению температуры середины пластины не более чем на 3%. Этому соответствует значение А = 7, выбранное за основу при определении конструктивных размеров описываемого радиометра.

Фактические условия заделки могут несущественно отличаться от идеальных, поэтому ожидаемое отклонение должно быть значительно меньше названной цифры (3%).

Одним из источников погрешностей может быть также неидентичность закрепления головок дифференциальной термопары на рабочих пластинах. Термопары изготовляются из хромелевой и алюмелевой проволок диаметром 0,15 мм. Сварка производится в тигле, заполненном графитным порошком, по технологии, достаточно широко описанной в ряде изданий (например, [66]). После отжига места спаев зачищаются и термоэлектроды вытягиваются так, чтобы один из них представлял собой прямое продолжение второго. Затем место спая прокатывается на вальцах или расклепывается до толщины 0,03 мм.

Полученная ленточка обкладывается слюдяными чешуйками толщиной 10 мкм и приклеивается к поверхности рабочей пластины радиометра. При этом суммарное сопротивление переходу тепла от пластины к спаю термопар не превышает 5% сопротивления последующего перехода при теплоотдаче к охлаждающему потоку.

Для уменьшения оттока тепла через термоэлектроды их необходимо располагать по изотермической линии, т. е. поперек пластин. Тем не менее, поскольку поперечный размер пластины ограничен, отток тепла может иметь место, и задача состоит в том,



чтобы найти размеры термоэлектродов, при которых влияние их не будет выходить за допустимые пределы.

При составлении уравнения теплопроводности для термоэлектрода необходимо учесть приток тепла через электрическую изоляцию между пластиной и электродом, а также отдачу тепла обдувающему воздуху. В приближенной оценке задачу можно рассматривать как одномерную, температуры охлаждающего воздуха tz и пластины, на которую наклеен термоэлектрод, считать постоянными. Зависимостью теплопроводности термоэлектрода от температуры можно также пренебречь.

В этом случае безразмерное уравнение теплопроводности для термоэлектрода принимает вид

Здесь = -7-- текущая температура термоэлектрода в сечении

с координатой и, отнесенная к температуре пластины const; отсчет всех температур ведется от температуры охлаждающего воздуха, т. е.

2 = 0; = ;

где Oi - условный коэффициент теплоотдачи от пластины к термоэлектроду; - коэффициент теплоотдачи от электрода к охлаждающему воздуху; / - ширина пластины.

Уравнение это идентично решенным ранее уравнениям (П.П) и (IV.4). При постоянной правой части оно соответствует случаю, приведенному в параграфе 2 гл. П. Как видно из рис. 33, при значении i>7 краевые возмущения практически уже не достигают середины пластины (и= V2; h и=3,5).

На пластине радиометра, замеренная величина коэффициента теплоотдачи а=780 вт/м^ град. Этому значению, при условии подавления возмущений, соответствует толщина термоэлектрода б<0,07 мм.

При монтаже приборов необходимо обратить внимание на идентичность измерительных плечей, которая контролируется в опытах с одновременным электрическим обогревом обеих пластин. При этом погрешность измерений должна быть такого порядка, как в пиргелиометрах Ангстрема, т. е. не должна превышать 1 % измеряемой величины.

Черненая поверхность приемной пластины воспринимает не всю энергию падающего потока. Степень черноты покрытия, определяемая с погрешностью 1-2%, равна 0,93-0,95, что нужно учитывать при абсолютных измерениях. При относительных же



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