ГОСТ 28236-89 (МЭК 68-3-1-74) Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 3. Дополнительная информация. Раздел 1. Испытания на холод и сухое тепло стр. 7

Во всех приведенных примерах, когда резко меняется свойство материала, может быть определено только то значение температуры, при котором происходит изменение цвета или состояния.

Для определения нескольких величин температуры может быть использован набор малогабаритных индикаторов, охватывающих различные температурные диапазоны.

Точность измерений, достигаемая с помощью упомянутых индикаторов, зависит от целого ряда факторов, которые рассматриваются ниже.

2.1.В тех случаях, когда для определения температуры используют изменение состояния материала, обычно необходим набор индикаторов, чувствительных к различным температурам. Если состояние одного индикатора изменяется, а состояние следующего за ним в ряду индикатора нет, то температура поверхности находится в пределах между температурами, к которым чувствительны эти индикаторы. Максимальная ошибка измерения в этом случае будет равна разности этих двух температур при условии, что предопределенные значения температур, к которым чувствительны индикаторы, не изменялись под воздействием других факторов.

2.2.Ошибки измерений температуры с помощью индикаторов, изменяющих свой цвет, могут быть вызваны старением. Если такие материалы в течение долгого времени использовались при температурах лишь немного ниже номинальной температуры перехода от одного цвета к другому, то не исключена возможность, что при измерении изменение цвета произойдет при температуре ниже номинальной.

2.3.На материалы, чувствительные к температуре, может также влиять присутствие жидкостей, паров или газов.

2.4.Если поверхность образца подвергается воздействию теплового излучения, должны быть приняты определенные меры предосторожности.

2.4.1.Если индикатор покрывает небольшую часть поверхности, подверженной воздействию излучения, то следует принять меры к тому, чтобы индикатор не нагревался вследствие излучения. Для этого достаточно защитить его материалом, отражающим лучи.

2.4.2.Если индикатор покрывает значительную часть поверхности, подверженной воздействию излучения, то лучепоглощательная способность индикатора не должна заметно отличаться от лучепоглощательной способности поверхности, иначе на температуру поверхности будет оказано влияние со стороны индикатора.

2.5.Пользуясь указанными методами в условиях изменения температуры, следует помнить, что индикатор может отражать изменение температуры с запаздыванием во времени, что приводит к неточному измерению фактической температуры при ее изменении.

3.Методы, основанные на использовании датчиков инфракрасного излучения

Основные положения, относящиеся к использованию инфракрасного излучения, изложены в приложении 1.

Для определения температуры необходимо знать коэффициент излучения лучеиспускающей поверхности. Картина инфракрасного излучения, полученная при сканировании, будет фактически картиной распределения энергии излучения, а не температуры. Наилучшие результаты получаются при использовании метода сравнения двух небольших участков поверхности, имеющих одинаковую температуру, один из которых имеет поверхностное покрытие из материала с известным коэффициентом излучения.

Площадь, занятая датчиком, должна быть меньше площади поверхности, температура которой измеряется. Поэтому в случае, когда образцы слишком малы для обычных детекторов излучения, может возникнуть необходимость в использовании инфракрасного электронного микроскопа. Для того чтобы получить большую точность измерения температуры, лучше пользоваться устройством, улавливающим излучение с небольшой поверхности испытуемого образца.

Необходимо подчеркнуть, что выбранный участок поверхности должен быть достаточно плоским для того, чтобы избежать значительного излучения не в направлении датчика. Кроме того, следует принять меры, чтобы к датчику не поступало излучение от посторонних источников как непосредственным путем, так и в результате отражения на поверхность измерения.

ПРИЛОЖЕНИЕ Н Справочное.ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ВОЗДУХА

Известно несколько приборов для измерения скорости воздуха:

1.Одним из самых старых приборов является чашечный анемометр, используемый главным образом в метеорологии. Скорость вращения крестообразно расположенных чашечек под воздействием потока воздуха соответствует скорости ветра; шкалу калибруют в м/с. Диапазон измерений очень широк, и в серийном производстве чашечные анемометры выпускаются различных размеров. При помощи малогабаритного анемометра может быть измерена скорость воздуха в малом объеме, например, внутри испытательной камеры.

2.Термометр Ката - особый вид стеклянного термометра, в котором используются охлаждающее действие конвекции. Принцип действия термометра заключается в измерении времени, необходимого для охлаждения предварительно нагретого термометра, например, с 38 до 35 °С. Термометр применяется для измерений в пределах диапазона скоростей приблизительно от 0,05 до 10 м/с и при температурах приблизительно от -10 до +30 °С. Однако, этот способ неудобен, так как после каждого измерения термометр должен вновь нагреваться.

3.Охлаждающее действие конвекции используется также в термоанемометре с нитью накала и в термоанемометре, чувствительным элементом которого является резистор с отрицательным ТКС. В обоих случаях на чувствительный элемент подается ток определенной величины и производится его нагрев до эталонной температуры. При прохождении потока воздуха через элемент температура последнего понижается. Величина охлаждения дает возможность определить скорость воздуха. Чувствительный элемент в первом случае представляет собой свободно натянутую платиновую нить, а во втором случае является резистором с отрицательным ТКС. Так как такие элементы могут быть малых размеров и иметь низкую теплоемкость, то они могут иметь низкую тепловую постоянную, что дает возможность измерить воздушный поток очень малой площади поперечного сечения. Эти приборы имеют особое значение для измерения малых скоростей воздуха. Серийное производство предусматривает их использование в температурном диапазоне приблизительно от -30 до +100 °С. Что касается термоанемометра с нитью накала, то охлаждающее действие зависит от угла между осью нити накала и направлением воздушного потока. Поскольку охлаждающее действие минимально, когда воздушный поток параллелен нити, то, поворачивая термоанемометр с нитью накала, можно с высокой точностью определить направление воздушного потока.

Способы, основанные на использовании чашечных анемометров и термометра Ката, приемлемы только для больших камер (например, таких, в которые может войти человек), тогда как способы, основанные на использовании термоанемометров, приемлемы для малых камер.

Другие способы, пригодные для измерения скорости воздуха в климатических камерах, описаны в популярной литературе.

ПРИЛОЖЕНИЕ I Справочное. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЛУЧЕПОГЛОЩЕНИЯ

1.Введение

Как уже упоминалось в приложении С, теплообмен лучеиспусканием между двумя телами, имеющими разные температуры поверхности, например, между испытуемым образцом и стенками испытательной камеры, зависит от излучательной способности образца и лучепоглощательной способности стенок камеры. Поэтому для того, чтобы иметь возможность сделать вывод относительно поведения образцов в условиях эксплуатации на основании результатов испытания, необходимо знать излучательную и лучепоглощательную способность поверхностей, участвующих в теплообмене лучеиспусканием. Особенно это важно для теплорассеивающих образцов.

В настоящем приложении рассматриваются, главным образом, методы определения излучательной и лучепоглощательной способности, обеспечивающие достаточную точность и имеющие практическое значение для климатических испытаний, а также требующие сравнительно небольшого количества оборудования и малых затрат времени. Точные измерения, такие, как определение излучательной и лучепоглощательной способности в камерах, имитирующих условия в космическом пространстве, требуют применения более дорогостоящих методов. Если имеет место солнечная радиация, то необходимо принимать во внимание различие спектров падающих и уходящих волн и, следовательно, степень поглощения солнечной радиации. Относительно данных методов должны быть сделаны ссылки на соответствующую литературу.

2.Теория излучения

Приведенная ниже теория излучения относится к методам определения коэффициента излучения и лучепоглощения, изложенным в п.4.

Мощность излучения  , излучаемая в полусферу с единицы поверхности реального тела при определенной температуре, связана с соответствующей мощностью излучения черного тела   при той же температуре следующим выражением

.

 - определяется по закону Стефана-Больцмана

, (14)

где   - температура, К;

 - постоянная Стефана-Больцмана

 Вт·м ·К ;

 - интегральный коэффициент полусферического излучения.

Распределение энергии излучения в спектре абсолютно черного тела при температуре   определяется по формуле Планка, а длина волны  максимальной интенсивности излучения - по закону смещения (Вина)

 м·К. (15)

На практике равенство (14) обычно применяется в таком виде

,

где 

313 × 31 пикс.     Открыть в новом окне

,

где   - время, ч.

Для реального тела имеем следующее выражение

. (16)

Для теплообмена излучением между двумя телами при температурах   и   поток тепла на единицу поверхности   определяется по формуле

213 × 53 пикс.     Открыть в новом окне

. (17)

Величина   коэффициента лучистого теплообмена зависит от конфигурации участвующих в теплообмене поверхностей, от коэффициента излучения образца   и коэффициента лучепоглощения   стенок камеры.

Рассмотрим формулу коэффициента лучистого теплообмена двух концентрических сфер, расположенных одна в другой, или двух бесконечно длинных цилиндров, расположенных аналогичным образом, характеризующих случай, часто встречающийся при испытаниях на воздействие внешних факторов, когда испытанию в закрытой испытательной камере подвергается трехмерный образец. Допуская диффузное отражение и применимость закона Ламберта, получим

, (18)

где  ,   - площади рассматриваемых поверхностей. На практике это означает, что чем меньше площадь поверхности (образца)   по сравнению с площадью поверхности (стенок камеры)  , тем меньше будет влияние коэффициента лучепоглощения   стенок камеры на величину коэффициента лучистого теплообмена  .