Эффективный коэффициент излучения в' цилиндрической полости, злучающей через прямоугольную щель в боковой поверхности

Коэффициент излучения 8 поверхности стенки

0.75

0.90

Отношение длины к диаметру цилиндрической полости d

I о I

2 5 10 15 20

0,670 0,756 0,807 0,824 0,829 0,832

0,741 0,862 0,934 0,958 0,966 0,970

0,749 0,873 0,948 0,973 0,981 0,985

0,750 0,875 0,950 0,975 0,983 0,987

0,835 0,878 0,903 0,912 0,915 0,916

0,871 0,931 0,967 0,979 0,983 0,985

0,874 0,937 0,974 0,986 0,990 0,993

0,875 0,937 0,975 0,987 0,992 0,994

0,934 0,951 0,961

0. 0,966

965 0

966 0

0,948 0,972 0,987 ,992 ,993 0,994

0,950 0,975 0,990 0,994 0,996 0.997

0,950 0,975 0,990 0,995 0,997 0,997

Таблица 3.9

Эффективный коэффициент излучения в' цилиндрической шолости с гофрированным дном

Коэффициент излучения е поверхности стенки

L 2г

0,75

0,90

Угол гофрирования

20 =

30°

40°

90°

20° 30=

40°

90°

20°

30°

40°

90°

0,906 0,987 0,995 0,997

0,854 0,980 0,992 0,995

0,802 0,973 0,989 0,994

0,625 0,950 0,979 0,988

0,955 0,994 0,997 0,999

0,933 0,991 0,996 0,998

0,911

0,988 0,995 0,997

0,854 0,980 0,992 0,995

0,983 0,998 0,999 0,999

967 0

0,974 0,997 0,998 0 0,999 0;999 0

О, 0,996 998

,947 0,992 0,997 ,998

стенок. Лучшие результаты дает гофрированное дно, для которого в табл. 3.9 приведены значения эффективного коэффициента излучения в зависимости от угла гофрирования (половина угла, образованного стенками гофра).

Для приближенной оценки моделей абсолютно черного тела могут быть спользованы следующие формулы, встречающиеся в литературе:

а) для цилиндрической полости

1-(1-е)

(3.4)

2г V 4г2

б) для цилиндрической полости с гофрированным дном

е' 1-

4е

sin ф.

(3.5)

а-де ф угол гофрирования;

в) для конической или клиновидной полости с полированными стенками

е' 5W 1 --

(3.6)

где р - коэффициент отражения поверхности стенки; п - число отражений луча внутри полости, определяемое углом 6 при вершине. Чем меньше угол в, тем больше число отражений луча перед выходом из полости (при в = 10 , п = 18):

г) для конической или клиновидной полости с неполированными стенками, обладающими диффузным излучением.

е' 1 -р sin

е

=(1-р)

2 r2+Z,a

д) для кругового незамкнутого цилиндра

2р CS-tgl/Tp

е' 1-

(3.7)

(3.8)

где Р - угол между осью излучающей полости и направлением из центра полости на открытый край;

е) для цилиндрической полости, излучающей через круглое отверстие в боковой поверхности.

Большинство моделей абсолютно черного тела, предназначенных для калибровки инфракрасной аппаратуры, имеет вид полости с круглым отверстием, диаметр которого может быть постоянным или изменяться диафрагмой в пределах 0,3... 10 мм. Кусок металла, в котором сделана полость, называется сердечником. Материал сердечника должен быть стойким к поверхностному окислению, иметь высокую теплопроводность и большой коэффициент излучения. Этим требованиям удовлетворяет нержавеющая сталь. При нагреве нержавеющей стали до 300° С ее поверхность темнеет и коэффициент излучения возрастает до 0,5. Обработка поверхности хромистой и сернистой кислотами повышает коэффициент излучения до 0,6. Нагрев поверхности до 800° С приводит к образованию стабильной оксидной пленки, имеющей коэф-

кЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ\ЧЧЧЧЧЧЧЧ\ЧЧ\ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ\\Ч\\ЧЧ\ЧЧ\<

о

Рис. 3.6. Типовая конструкция имитатора абсолютно черного тела: / - к регулятору уем-пературы; 2 - латунный экран; 3 - платиновый термометр; i - полости, заполненные асбестом; 5 - электронагревательная обмотка; d - сердечник; 7--корлус; £ -диафрагма; 9 - рабочее отверстие.

Основные параметры некоторых моделей абсолютно черного тела иностранного производства

Фирма, тип

Температура, С

диапазон

Коэффициент излучения

Время (мин) достижения температуры (С°)

ь К U £ га о С Е =

Barnes Engineering Со: 11-101 11-110 11-131 Perkin-Elmer РЕ521-4

ITT Infrared Industries: IRl 403 IRI 404 IRI 405 IRI 406 IRI 408 IRl 417 IRI 420 Radiation Electronics Company Electr. Communications

Eppley Laboratories Williamson Development Co.

200. 200.

200.

50. 200. 200. 50 . 200.

0. 600. 0.

.230 .600 .1000

.600

.600

.710

.1000

.710

.600

.600

.1000

.1200

.250 .1000 .1100 .65

±1

±3

±5

±1

±2

±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1

±2 ±1 ±1 ±1

20 20 20

14 14

30 30 90 18 14

16,9 12,7 10,2

12,7

5,00

5,00 15,3 16,3

2, 50,8

5,08

54 0

0,99±lo/o

0,99±1% 0,99±1%

0,99±0,01% 0,99±0,01% 0,99±0,01% 0,99±0,01% 0,99±0,01% 0,99±0.01% 0,99±0,01Го

54,0 28,6 19,1 19,1

0,99±0,01% 0,995 0.97

30/230 120/600 60/1000

20/600

30 45 60 60 5 90 45

30/520 70/1000 120/1000

60/65

250 525 525 525 60 1100 380

225 700 1500 <10

фициент излучения 0,85 [36]. Если рабочая температура черного тела не превышает 100 С, стенки полости могут быть покрашены матовой черной эмалью, что обеспечивает коэффициент излучения 0,93.

Сердечник нагревают нихромовой проволокой, равномерно намотанной вокруг него. Измерение температуры сердечника производят платиновыми термометрами сопротивления; для точного поддержания заданного значения температуры используют соответствующую электронную автоматику.

На рис. 3.6 предртавлена типовая конструкция черного тела. Сердечник из нержавеющей стали длиной 100 мм имеет коническую полость с L/r = 8, что соответствует углу при вершине конуса 15°. Обмотка нагрева из нихрома изолирована от сердечника тонким слоем асбеста. При температуре полости около 800 К мощность, потребляемая электронагревателем, не превышает 125 Вт. Эффективный коэффициент излучения е' = 0,995. Тело снабжается набором легко сменяемых диафрагм, диаметр отверстий которых тщательго измеряется окулярным микроскопом. Обычно диафрагмы с диаметром отверстия < 0,3 мм не применяют. При расчете энергетической освещенности расстояние между черным телом и калибруемым прибором измеряют от плос-