---

Примечание. На рис.11 показана зависимость разности температур от коэффициента излучения испытуемого образца в случае, когда =0,1 м, =1,0, a температура воздуха в лаборатории =20 °С.

4. Соотношение номограмм, используемых в испытаниях А и В

Сравнивая рис.9 и 10, можно заметить, что разности температур в незначительной степени зависят от величины . Поэтому в испытаниях А и В приведена только одна номограмма (основанная на =5 Вт·м ·К ).

Соотношение между температурой поверхности образца и рассеянием тепла

в единицу времени при температуре окружающей среды

Рис.8

Номограмма для определения температур поверхности образца

при различных температурах окружающей среды .

Средний размер образца =0,2 м, коэффициент излучения образца =0,7

Рис.9

Номограмма для определения температур поверхности образца

при различных температурах окружающей среды .

Средний размер образца =0,05 м, коэффициент излучения образца =0,7

Рис.10

Соотношение между превышением температуры образца над температурой окружающей среды

и коэффициентом излучения образца

- температура воздуха в лаборатории (+20 °С);

- температура поверхности образца во время выдержки при температуре воздуха в лаборатории в условиях свободного обмена воздуха. Средний размер образца =0,1 м

Рис.11

ПРИЛОЖЕНИЕ F

Справочное

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

Таблица 2

ПРИЛОЖЕНИЕ G

Справочное

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

1. Общие положения

Описание обычных приборов, используемых для измерения температуры воздуха и жидкостей, например, ртутных или спиртовых термометров, не является целью данного приложения. Эти приборы и меры предосторожности, которые следует принимать при их использовании, хорошо известны и описаны в соответствующей технической литературе. То же самое относится и к методам измерения с помощью термометров сопротивления (особенно платиновых термометров сопротивления), а также термисторов и термопар, которые обычно используются для измерения температуры твердых тел. Теплоемкость измерительного устройства должна быть мала по сравнению с теплоемкостью испытываемого образца. Кроме того, тепловое сопротивление между измерительным устройством и образцом должно быть мало, а количество тепла, передаваемое соединительным проводам, минимально. Мощность, питающая датчик, должна быть невелика, чтобы не было нежелательного самонагрева датчика или нагрева испытуемого образца за счет датчика.

В том случае, когда между теплорассеивающим испытуемым образцом и стенками испытательной камеры имеет место теплопередача, очень важно знать температуру поверхностей материалов, участвующих в теплообмене. Существуют два метода измерения температуры поверхности. В одном из них измерительное устройство находится в непосредственном контакте с поверхностью, температуру которой следует измерить, в другом - непосредственный контакт отсутствует.

В случае, если измеряемая поверхность загрязнена слоем материала, который трудно удалить, метод, при котором измерительное устройство находится в непосредственном контакте с поверхностью, не допускается. Например, при испытании космических аппаратов.

2. Методы, основанные на использовании явлений изменения цвета или явлений плавления

Материалы, цвет которых изменяется в зависимости от температуры, применяются уже много лет. Некоторые из них, как, например, жидкие кристаллы, непрерывно меняют свой цвет в пределах определенного температурного диапазона.

Температура определяется путем сравнения цвета материала с цветом, приведенным в колориметрической таблице.

Некоторые материалы резко изменяют свой цвет при повышении температуры до определенной величины, причем цвет материала при последующем снижении температуры не восстанавливается.

Выпускаются цветные карандаши и специальные лаки для нанесения слоев таких материалов на поверхности, температура которых измеряется.

Известны также клейкие ленты, которые изменяют свой цвет при повышении температуры выше определенного значения и служащие в качестве индикаторов температуры.

В других случаях для измерения используются материалы с определенной температурой плавления.

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.