ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Метод свободного охлаждения из "Теплофизические измерения в монотонном режиме " Метод предназначается для исследования жаростойких однородных изотропных тонкодисперсных металлических и электроизоляционных материалов с Я 3 вт1 м град) в области температур выше 900° С на образцах в форме квадратной призмы. Экспериментально мегод освоен в диапазоне от 900 до 2000° С. [c.87] Сущность метода и расчетные соотношения. Теоретическую основу 1етода составляют найденные в 1-7 закономерности свободного охлаждения образцов, имеющих форму квадратной призмы, в термостатированной среде. Опыт проводится в вакуумной камере с водоохлаждаемыми стенками и состоит из двух стадий. На первой, подготовительной стадии образец помещается внутрь трубчатого нагревателя и равномерно прогревается до заданной верхней температуры опыта. На второй, рабочей стадии опыта образец быстро экранируется от нагревателя и свободно охлаждается. Измерения температурного поля на поверхности одной из граней образца производятся фотографическим пирометром, в качестве которого может использоваться либо обычная кинокамера, либо фотокамера, снабженная приспособлением для дискретного или непрерывного перемещения пленки. Пирометры должны давать временную развертку оптического изображения поперечной полоски на рабочей грани образца. [c.87] Пример. Исследуется группа материалов сЯ х 10 вт (м-град) и е 0,7 в области температур Т 1200° К. Минимальный допустимый перепад при Т = 1200° К составляет 1(min = 20 град. Требуется найти оптимальны размер h образцов и максимальную температуру опыта 7 тах. если АсТдп доп 0,2. [c.88] Особенности температурных измерений. Фотографические пиро метры по своим эксплуатационным возможностям существенно отличаются от обычно используемых оптических визуальных и фотоэлектрических пирометров. В частности, они являются практически единственными оптическими пирометрами, при помощи которых удается регистрировать температурное поле на поверхности объекта в нестационарном режиме. Объясняется это особыми свойствами фотографической пленки как датчика температуры. Фотокамера экспонирует оптически четкое изображение поверхности излучающего объекта (образца) на чернобелую фотографическую пленку. Постороннее освещение объекта не допускается, поэтому плотность почернения изображения объекта на проявленной пленке оказывается однозначно связанной с яркостью исследуемой поверхности. Фотокамеру обычно снабжают светофильтрами и с их помощью монохроматизируют попадающее на пленку излучение объекта при некоторой эффективной длине волны Л. Благодаря этому фотографический пирометр вполне пригоден для измерений яркостной температуры светящихся объектов, от которой всегда можно перейти к интересующей нас истинной (термодинамической) температуре. [c.88] Плотность почернения снимка при фотографировании, как известно, зависит не только от яркости излучения объекта, но и от общей чувствительности пленки и ее спектральной характеристики, от светосилы объектива фотокамеры, выдержки, условий проявления и некоторых других побочных факторов. Оптимальную плотность почернения изображения при прочих равных условиях можно подбирать оптическими ослабителями. [c.88] В найденную расчетную формулу вместо температурных разностей вошли соответствующие перепады оптических плотностей почернения изображения образца на пленке. Перепад ADon характеризует изменение плотности за отрезок времени Ат в центральной точке грани, а перепад AD соответствует изменению плотности в поперечном сечении грани в фиксированный момент времени. Переход от плотностей почернения снимка к температурам может осуществляться приближенно, так как необходим только для оценки поправки A t и согласования экспериментальных значений температуропроводности а (Топ) с температурным уровнем. Следует, правда, еще раз отметить, что замена формулы (3-36) на (3-46) является строгой только в том случае, если ADon и ADn весьма близки по величине и относятся к общей средней температуре Т. [c.90] Известно, что фотографические пирометры отличаются нестабильностью градуировочных характеристик. В связи с этим наиболее надежным для них оказывается такой способ измерений, при котором на фотографическую пленку помимо исследуемого объекта в совершенно одинаковых условиях экспонируется образцовый источник, воспроизводящий температурную шкалу. Съемка их может производиться либо одновременно на разных участках одного кадра, либо последовательно на одинаковых участках соседних кадров. Принцип одновременного экспонирования обычно требует создания специальных оптических приспособлений. При последовательном экспонировании в ряде случаев удается использовать обычные, выпускаемые промышленностью кино- и фотокамеры. [c.90] Одна из простейших схем фотографического пирометра, приспособленного к решению поставленной задачи, представлена на рис. 3-18. Пирометр выполнен на базе серийной фотокамеры 6 типа Зенит-С с объективом 7 типа Индустар-50 . С помощью насадочных колец камера позволяет проецировать изображение образца 12 в масштабе, близком к 1 1. [c.90] Вместо обычного шторного затвора в пирометре используется равномерно вращающийся диск 13 с секторной диафрагмой. Диск вращается синхронным двигателем 16 типа СД-60 с /г = 60 об мин. Выдержка определяется углом раскрытия ф секторной диафрагмы и обычно составляет 0,01—0,02 сек. Диск обеспечивает ее воспроизводимость с погрешностью не более 0,5%. Металлическая рамка 4 щелевого типа ограничивает кадр размерами 4 X 25 мм, что позволяет разместить на стандартной фотопленке длиной 1,6 м до 250 кадров. Рамка ориентирована щелью поперек кадра, так что на пленку 5 попадает изображение узкой поперечной полоски образца. [c.90] В комплект пирометра входят также светофильтр 8 и четыре нейтральных ослабителя 10. В качестве светофильтра можно использовать стекло КС-14 толщиной 2—5 мм. В паре с пленкой Изопан-МЗ оно обеспечивает измерение яркостной температуры в узком участке спектра с эффективной длиной волны Л = 0,64 мкм, которая остается практически постоянной во всем рабочем диапазоне температур. [c.91] Смена шкал в фотопирометре осуществляется автоматически. Для этого все четыре ослабителя размещаются в соответствующих отверстиях вращающегося диска. В результате за один оборот диска на пленку снимаются поочередно четыре кадра, полученные через разные ослабители, и только один из них дает нормальное почернение. В течение опыта по мере охлаждения образца рабочими поочередно становятся все ослабители, начиная с D осл и кончая о1сл- Оптимальное количество нейтральных ослабителей зависит от рабочего диапазона температур. [c.92] Рассмотренный фотопирометр допускает несколько вариантов градуировки по образцовому температурному источнику. Наиболее простым в осуществлении оказывается вариант последовательной, раздельной градуировки пирометра. Суть его заключается в том, что в качестве образцовой температурной шкалы используется выпускаемая промышленностью температурная ленточная лампа типа СИ-8 или СИ-10, отградуированная по току на яркостные температуры. Изображение лампы экспонируется фотопирометром на пленку перед опытом или после него. При этом лампа фотографируется многократно и перед каждым новым снимком режим питания лампы меняется, так что на пленке удается воспроизвести весь диапазон рабочих температур и впоследствии, при микрофотометрической обработке пленки, построить градуировочный график фотопирометра D = f (Т ). [c.92] Экспонирование температурной лампы должно производиться в тех же условиях, что и съемка образца в рабочем опыте. В частности, при градуировке между лампой и пирометром следует устанавливать оптическое стекло, совпадающее по параметрам со смотровым стеклом И вакуумной камеры на рис. 3-18. Рассмотренный метод позволяет наряду с температуропроводностью одновременно исследовать спектральную степень черноты e j, образцов. Для этого на рабочем участке лицевой грани образца достаточно высверлить глухое отверстие диаметром й = 0,5 0,8 мм с lld 3, излучение которого близко к черному. По плотности почернения изображения отверстия и соседних с ним участков поверхности образца удается сопоставить истинную и яркостную температуры общего участка поверхности (Т и Т ) и с помощью формулы (3-43) найти искомую степень черноты е ,. [c.93] Экпернментальная установка. Общее представление о ней можно получить по фотографии на рис. 3-19. Установка собрана на базе электросилового и вакуумного узлов промышленной печи МПВ-3 завода Платиноприбор . Вакуумная камера крепится непосредственно на затворе диффузионного насоса Н-5С и является основным узлом установки, обеспечивая разогрев образца до заданной верхней температуры и последующее свободное охлаждение его в зоне комнатной температуры. [c.93] Нагревательный узел камеры схематично представлен на рис. 3-20. Образец 4 крепится внутри камеры 6 неподвижно на вертикальных опорах. Нагреватель выполнен в виде трубки из графита или молибдена, разрезанной по вертикали на две симметричные части. Каждая половинка трубки питается независимо, защищена снаружи водоохлаждаемым экраном 2 и может поворачиваться на 120° относительно вертикальных осей 1. При нагреве образца нагреватель закрыт, как показано на рисунке. Перед началом этапа охлаждения обе половинки нагревателя разводятся рычагом в стороны и экранируются от образца холодными деталями. Фотографирование образца осуществляется через смотровое окно 5. [c.93] Погрешность измерений на установке в диапазоне температур 900—2000 С составила 8—12%. [c.93] Вернуться к основной статье