Тепловая защита Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. (1013698), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Следует отметить, что появление шероховатостей на разрушающейся поверхности несколько приближает характер излучения этой поверхности к излучению «серого» тела )Л. 11-!51. Погрешность определения цветовой температуры находится Оптические и Если принять ЛВ /Вх =3%, то пй/1=6%. В этом случае соглас1 (11-6) точность определения Тне составляет примерно 1,6%, т. е. в сре нем в пять раз хуже, чем точность определения Т„. Тем не менее на участке «серого» излучения, для которого е = е,, 1 х, меренная цветовая температура лежит значительно ближе к истинн чем яркостная (особенно при е (0,5), С указанной точки зрения испол зование в этих случаях цветового метода имеет очевидные преимуществ Характер излучения, близкий к «серому» в некоторых област ()с1 — )а), имеют большинство окислов и материалов на нх осно 1Л.
11-15], а также целый ряд теплозащитных материалов (на осно углерода, асбопластики, стеклопластики и т, д.). При проведении испытаний теплозащнтных материалов применяюте как фотографический, так и фотоэлектрический варианты яркостног и цветового методов определения температуры поверхности, которы дополняют друг друга. Фотографический метод (который часто называют фотопирометр~ ческим) позволяет получить поле температур (яркостных или цветовыХ исследуемой поверхности с использованием сравнительно простого об< рудования.
Имеется несколько отработанных схем фотографических п~ рометров для регистрации как Т„'!Л. 11-!3, 11-191, так и Т„, [Л. 11-1' 11-181, которые отличаются друг от друга в основном относительны~ расположением исследуемого образца и эталонных температурных лам~ (отсюда следуют различия в оптических схемах), числом этих ламп, спЕ' собом монохроматизацни излучения, а также типом и конструкцне фотоприемника. Метод построен на использовании известной зависима сти между температурой объекта и плотностью его изображения н,, фотографической эмульсии Т„„= Tм Тл~ (5~ — 5~) м Тм (52 — 5н) + тя1 (5М вЂ” 51) В этой интерполяционной формуле Тнн и 5, — яркостная температУ ра модели и почернение, вызванное на негативе излучением этой модел при длине волны )с; Т„,, Т„, — яркостные температуры двух источнико сравнения (вольфрамовых температурных ламп), а 5ь 5з — соответс венно почернения, вызванные на фотоэмульсни этими источниками н) той же длине волны ).
(5п 5, и 5и должны находиться в линейной обла! сти характеристической кривой фотоэмульсии). Эксперимент при определении яркостной температуры по формул) (11-7) ставится следующим образом. Через интерференционный свето фильтр с узкой полосой пропускания фотографируют на фотопластинк', (фотопленку) поверхность образца и две эталонные пирометрически лампы сравнения. Изображение ламп сравнения направляется в фот камеру с помощью плоского зеркала или полупрозрачной пластины.
Е ли обозначить коэффициент пропускания пластины через тх и коэффи Методы экспериментального исследования теплоэащитнык материалов циент отражения через р„, то расчет температуры можно проводить по формуле !Л. 11-13): Ттт Тат (ое от) Т в,м (11-8) Т„+ Т„т т„~ 13 — 3„) + ты 13„— 3 ) + гт рх Применение цветоразделительной фотокамеры позволяет вести фотографирование образца одновременно в двух или даже в трех четко ограниченных интервалах длин волн, т. е. позволяет осуществить цветовой вариант фотографического метода. Последний вариант является наиболее подходящим для стендовых испытаний, так как из одного фото- кадра получают обширную информацию: две-три яркостные температуры образца для разных участков поверхности и одну-две цветовые температуры.
Расчет Т, для каждой из длин волн Л~ н Лэ проводится по форму. лам (11-7) и (11-8). Значение цветовой температуры определяется иэ соотношения; (л, — л,) т„— т., (1 1-9) При использовании фотоэлектрического варианта яркостного и цветового методов с применением пирометров ФЭП-4, ФЭП-60, ЦЭП-3 появляется возможность непрерывного контроля температуры модели в выбранных участках спектра. Вследствие этого испытания образцов можно проводить по заданной заранее программе. Кроме того, прн фотоэлектрических измерениях с использованием малоинерционных спектрометров появляется возможность непрерывного сканирования по длинам волн всего спектра излучения в целом.
В этой связи заслуживает внимания описанный в 1Л. 11-131 метод оценки температуры поверхности без определения е, В этом методе абсолютные интенсивности излучения регистрируются в широком интервале длин волн, Л=0,4 —:15 мкм. Затем спектр излучения наносится на сетку кривых излучения черного тела. Кривая черного тела, которая касается экспериментальной кривой излучения и лежит выше ее при всех других длинах волн, дает максимальную яркостную температуру, которая является нижним пределом температуры разрушающейся поверхности. Почти каждый материал имеет по крайней мере одну область длин волн, в которой его степень черноты близка к единице (е 0,95) независимо от температуры поверхности. Для таких окислов, как окись магния, двуокись циркония и окись бериллия, область максимальных значений е находится между л 8 и 10 мкм, у металлов — в ультрафиолетовой области, у термопластов (фторопласт, полиэтилен) высокая степень черноты наблюдается при Л)3 мкы Исследование прогрева с пои Отметим, однако, что с ростом г.
значение яркостной температу более удаляется от истинной и при Х)З мкм, даже если е 0,95, ка в определении температуры разрушения согласно методике (Л. 11-1З]' может быть весьма значительной. Остановимся кратко на методах измерения истинной температуры по верхности. Разработка таких методов является наиболее сложной проблемой пирометрии, так как связана с трудностями, имеющими принципиальный характер.
Общеизвестный способ определения температуры с помощью сверления глубокой выемки в образцах (полости «черного тела»), разумеется, не может быть использован, так как для разрушения теплозагцитных материалов характерны высокие температурные градиенты в поверхностном слое (1000 К/мы). Тем самым температура иа поверхности всегда выше, чем внутри полости. Поэтому для измерений истинной температуры поверхности можно применять лишь методы, основанные на использовании стороннего источника света (для непрозрачных мазсриалов) . В одних случаях сторонний источник света используется для того, чтобы восполнить сушествуюший недостаток «черноты излучения» поверхности и тем самым искусственно имитировать на поверхности условия, соответствующие излучению черного тела (метод обрашения для самоизлучаюшей поверхности 1Л.
11-161). Яркостная температура, измеренная в момент обращения, соответствует истинной температуре. В других случаях сторонний источник света используется для того, чтобы измерить коэффициент отражения, а следовательно, ех поверхности (рефлектометрический метод (Л. 11-15, 11-18)), Если прн этом одновременно измерить также и Тп образца, то значение истинной температуры получается расчетом по формуле (11-2). Исследование прогрева теплозащитных материалов, с помощью термопар Температурное поле внутри композиционных тепз(озашитных материалов может служить важнейшей исходной информацией на различных этапах их комплексного исследования. Широкое применение для измерения температурнр|х полей получил контактный метод 1Л. 11-20, 11-21), в котором чувствительный элемент (термопара) находится в непосредственном соприкосновении с тепло- защитным материалом.
Особо важное значение отводится оценке вузможных погрешностей измерения. Это связано с тем, что при исследовании прогрева теплозаШитных материалов возникают дополнительные специфические источники погрешностей, обусловленные: суШественным различием коэффициентов теплопроводности термопары и самого материала (например, прн Т=ЗОО К теплопроводность Методы экспериментального исследования теплоэащитных материалов хромель-алюмелевой термопары больше теплопроводности стеклопластиков почти на два порядка); происходящими в материале при нагреве физико-химическими превращениями (гл.
9). К основным возможным источникам погрешности при измерении не- стационарных температурных полей внутри теплозащитных материалов следует отнести: неточность градуировочной характеристики термопары; отклонение характеристики термопары от стандартной (градунровочной) из-за воздействия продуктов разложения теплозащитных материалов при высоких температурах; некачественное изготовление сная (особенно у высокотемпературных термопар типа вольфрам-вольфрамрениевых) и ненадежность теплового контакта термопары с исследуемым материалом; искажение температурного поля в результате теплоотвода по термоэлектродам и наличия инородного тела (термопары) внутри материала !Л. 11-221; шунтирование термопары в электропроводяшей зоне (характерно для коксующихся теплозащитных материалов) !Л. 11-23).
В настоящее время для измерений в основном используются следующие термопары: вольфрам-вольфрамрениевые (ВР5/20, ВР5/20) до 2400 — 2500 К, платино-платинородиевые (Р1/РЯп) до 1800 — 1900 К, хромель-алюмелевые (ХА) до 1600 †17 К, хромель-копелевые (ХК) до 1100 К и некоторые другие. Проведем краткий анализ перечисленных выше погрешностей.
Первая группа зависит от метода градунровки и легко определяется по ГОСТ для данного типа термопары. Например, для ХА при Т=1600 К она составляет 0,7%, а для ВР5/20 при Т=2300 К вЂ” 1%. Вторая обусловливает одноразовое кратковременное использование термопар при наличии разлагающихся материалов. Следующую погрешность обычно сводят к минимуму, используя сварку встык термоэлектродов и применяя специальные способы размещения термопар внутри материала (до или после полимеризации материала). При этом важным является контроль качества заделки и определение координаты расположения термопары с помощью рентгеноскопи~. Последние две группы погрешностей наиболее специфичны для измерений температуры внутри теплозашитных материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
