Большая часть аппаратуры и элементов обычно работает в среде, которая по своим характеристикам ближе к черному телу (имеет высокий коэффициент поглощения). Кроме того, значительно легче изготовлять камеры с цветом внутренней поверхности, близким к термически черному, ^іем к термически белому. Особенно трудно сохранять термически белый цвет камер в течение длительного времени вследствие явления старения. Фактически большинство красок и материалов (неполированных) ближе к термически черному цвету, а не к термически белому (см. приложение I). Если температура стенок камеры изменяется в пределах 3% от заданной температуры испытания, измеренной в Кельвинах, а коэффициент лучепоглощения изменяется от 0,7 до 1, то получающееся в результате изменение температуры поверхности испытуемого образца обычно не превышает 3 К. Так как мощность теплового излучения пропорциональна разности четвертых степеней температур поверхности испытуемого образца и стенки камеры, то тепловое излучение менее значительно при низких температурах и поэтому требования к термическому цвету и температуре стенок камер для испытаний на воздействие низких температур являются менее жесткими.
Теплообмен излучением в значительной степени зависит от температуры стенок камеры. Эта зависимость является основной причиной, вызывающей необходимость применения поправок, приведенных в приложении Е, когда испытание проводится с принудительной циркуляцией воздуха и разница между температурой поверхности образца и температурой окружающей среды значительна.
Теплопроводность
Теплообмен теплопроводностью зависит от тепловых характеристик монтажа и соединений.
Многие типы теплораооеивающей аппаратуры и теплорассеивающих элементов предназначены для монтажа на радиаторах или других приспособлениях с хорошей теплопроводностью, которые обеспечивают эффективный отвод определенного количества тепла за счет теплопроводности.
В таком случае в соответствующей НТД должны быть определены тепловые характеристики монтажных приспособлений и эти характеристики должны обеспечиваться при проведении испытаний.
Если аппаратура или элемент могут монтироваться разными способами, при которых имеет место различная теплопроводность монтажных приспособлений, следует учитывать наихудший вариант. Наихудший вариант определяется, принимая во внимание следующее:
испытание теплорассеивающих образцов на воздействие сухого тепла
Поскольку тепло переносится от испытуемого образца к монтажным приспособлениям, наихудшим считается вариант, когда передача тепла минимальна, т. е. когда монтажные приспособления имеют низкую теплопроводность (образец теплоизолирован);
испытание нетеплорассеивающих образцов на воздействие сухого тепла •*
До тех пор пока не будет достигнуто тепловеє равновесие, передача тепла будет происходить от стенок камеры через монтажные приспособления к испытуемому образцу. В этом случае наихудший вариант имеет место тогда, когда теплопроводность монтажных приспособлений высокая. Теплоемкость монтажных приспособлений должна быть низкой во избежание длительного времени нагрева монтажных приспособлений и, соответственно, замедления переноса тепла от стенок камеры к испытуемому образцу;
испытание теплорассеивающих и нетеплорассеивающих образцов на холод
Поскольку перенос тепла происходит в направлении от испытуемого образца через монтажные приспособления к стенкам камеры, наихудшим вариантом (температура образца самая низкая) является тот, при котором теплообмен происходит наиболее интенсивно, т. е. когда теплопроводность монтажных приспособлений высокая.
Принудительная циркуляция воздуха
Если размеры камеры соответствуют требованиям, указанным в приложении А, обогрев и охлаждение камеры могут вызвать необходимость в применении принудительной циркуляции воздуха.
В этом случае следует убедиться, что температура характерных точек на поверхности испытуемого образца существенно не зависит от установленной в камере скорости принудительной циркуляции воздуха (измерения проводятся внутри камеры при температуре, соответствующей температуре воздуха в лаборатории). Если температура поверхности в любой точке испытуемого образца вследствие применения принудительной циркуляции воздуха в камере не снижается более чем на 5°С, испытание проводится в соответствии с требованиями, предъявляемыми к испытанию в камере без принудительной циркуляции воздуха; при этом охлаждающее действие принудительной циркуляции воздуха в расчет не принимается как не имеющее практического значения.
В случае, когда камера слишком мала, чтобы удовлетворять требованиям, указанным в приложении А, или когда температура поверхности, измеренная в соответствии с п. 2.1.4.1, снижается более чем на 5°С, проводится предварительное испытание вне испытательной камеры.
Измеряется температура ряда характерных точек на поверхности испытуемого образца, находящегося вне камеры, с тем чтобы принять ее за основу при определении температуры поверхности в заданных для испытания условиях. Измерения производятся под нагрузкой, установленной в соответствующей НТД для данной температуры испытания. ••
Если разность температур Л Л между температурой окружающей среды и температурой поверхности мала, то можно допустить, что для разных температур окружающей среды АЛ одинаково при условии, что различие в температуре окружающей среды Д7’2 невелико.
Погрешность не превышает 3СС, если А7'і<25°С, а А7’2<30°С.
Математические зависимости, позволяющие определить температуры поверхности при разных температурах окружающей среды, приведены в приложении Е. При помощи номограмм в приложении Е можно определить температуру поверхности при любой температуре окружающей среды, если известна температура поверхности при какой-либо определенной температуре окружающей среды. Пользуясь номограммой, можно расширить диапазон расчета температур поверхности в заданных условиях испытания, если известны температуры поверхности в условиях лаборатории. Номограммы в приложении Е могут быть использованы, по крайней мере, до АЛ = 80°С и А7'2==65°С.
Выбор характерных точек для ведения контроля температуры как при использовании первого метода, так и при использовании второго метода должен осуществляться на основе подробных сведений об испытуемом образце (распределение температуры, точки, критичные к температуре, и т. д.). Поскольку такой выбор требует достаточной квалификации, для типовых испытаний в качестве предпочтительного метода рекомендуется метод без применения принудительной циркуляции воздуха как обеспечивающий более высокую степень воспроизводимости.
Иногда одного предварительного испытания достаточно для обеспечения работы камеры в течение целой серии подобных испытаний (например, при испытании аналогичных элементов;, тогда как в других случаях может понадобиться производить проверку перед каждым отдельным испытанием (например, при испытании различных типов аппаратуры).
ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Общие положения
Воссоздавать условия свободного обмена воздуха при проведении испытания трудно и нецелесообразно, однако имитация воздействий этих условий вполне реальна. Даже в очень больших камерах циркуляция воздуха и распределение температуры вокруг образца не будут точно такими же, как в действительных условиях свободного обмена воздуха.
Тем не менее, как установлено экспериментальным путем и в ходе испытаний, условия в достаточно большой камере без принудительной циркуляции воздуха влияют на температуру поверхности испытуемого образца примерно так же, как и в условиях свободного обмена воздуха. .«
Требования к размерам камеры в зависимости от размеров испытуемого образца и величины его теплорассеяния, обеспечивающие имитацию воздействий условий свободного обмена воздуха, представлены в приложении А.
Указанные требования применимы в том случае, когда контроль температуры окружающей среды производится в нижней части испытательной камеры, где воздух подвергается сильному влиянию конвективного тепла, рассеиваемого испытуемым образцом.
В некоторых случаях, однако, испытание без принудительной циркуляции воздуха встречает ряд трудностей. Обогрев или охлаждение части существующих в настоящее время камер не может производиться без принудительной циркуляции воздуха, особенно это касается камер для испытаний крупногабаритных образцов и камер для испытаний большого числа элементов одновременно.
В табл. 1 указаны параметры испытательной камеры, оказывающие значительное влияние на результаты испытания теплорассеивающего образца.
Таблица 1
|
Механизмы теплообмена |
Конв Свободный обмен воздуха |
екция Принудительная циркуляция воздуха |
Излучение |
Теплопроводность |
|
Параметры камеры |
Размеры; температура воздуха |
Скорость воздуха; температура воздуха |
Температура стенок; лучепогло- щательная способность стенок; угловой коэффициент |
Тепловые характеристики монтажных приспособлений |
Методы, обеспечивающие требуемые условия в испытательной камере
Конструкция камер, позволяющая имитировать воздействия условий свободного обмена воздуха
Нагревательные и охлаждающие элементы не должны находиться в рабочем объеме камер, так как регулирование температуры в камерах предполагает изменение температуры этих элементов. Следует избегать значительных колебаний температуры стенок камер, чтобы свести до минимума проблемы, связанные с излучением.
Наилучшие результаты получаются тогда, когда обогреваются все стенки камеры. Циркуляция жидкости обеспечивает обогрев или охлаждение всех стенок камеры, !fe вызывая при этом значительных изменений их температуры. Лучепоглощательная способность стенок камеры должна удовлетворять условиям испытания.
Если поддержание температуры испытания внутри камеры осуществляется за счет циркуляции воздуха, то испытуемый образец может быть предварительно заключен в кожух, а затем помещен в камеру. Объем воздуха должен соответствовать условиям испытания, а стенки кожуха должны удовлетворять требованиям с точки зрения лучепоглощательной способности.
Конструкция камер с принудительной циркуляцией воздуха
Камеры с принудительной циркуляцией воздуха предназначены для образцов, которые нельзя испытывать в камерах со свободным обменом воздуха либо из-за больших размеров образцов, либо из-за большой величины их теплорассеяния. Так что все требования, предъявляемые к камерам со свободным обменом воздуха, остаются в силе, за исключением требований к размерам.
Циркуляция воздуха должна быть достаточной, чтобы предотвратить перегрев образца; в то же время нельзя допускать чрезмерного охлаждения образца. Результаты воздействия циркуляции воздуха более подробно охарактеризованы в приложении В. Скорость воздушного потока, равная 0,5 м/с, может считаться практически достаточной во всех случаях. Однако возможность регулирования скорости воздуха имеет определенные преимущества.
Воздушный поток должен быть, по возможности, однородным и направленным вертикально вверх, с тем чтобы уменьшить влияние конвекции на однородность потока.
Однородный поток воздуха получается в том случае, когда вентилятор создает повышенное давление в форкамере, откуда выход воздуха осуществляется через фильтр (например, из стекловолокна). В форкамере могут быть размещены также и нагревательные элементы, регулирующие температуру в камере. В случае необходимости нагревательные элементы и фильтр могут быть конструктивно объединены в один узел в виде ткани с вплетенными в нее обогревательными элементами.
Коэффициент лучепоглощения стенок
Если предполагается имитация условий свободного обмена воздуха в неограниченном пространстве, то стенки камеры должны быть термически черными. Из табл. 4 приложения I видно, что коэффициент лучепоглощения 0,70 достигается сравнительно легко. Большинство матовых красок вполне пригодно для окраски стенок камер, работающих при умеренных температурах.
4;2.4. Тепловые характеристики монтажных приспособлений
См. п. 2.1.3 и приложение D, где даны некоторые характеристики проволочных выводов, а также .«приложение G, в котором указана теплопроводность различных материалов. В случае, если теплопроводность монтажных приспособлений и (или) выводов (например, выводных проводов) имеет существенное значение, необходимо, чтобы длина их была одинаковой при всех испытаниях.
ИЗМЕРЕНИЯ
Температура
При испытаниях теплорассеивающих образцов в условиях, отличающихся от условий свободного обмена воздуха, необходимо выполнять измерения температуры в различных точках образца или внутри него.
Рекомендации приведены в приложении С.
Скорость воздуха
Сведения о скорости воздуха в испытательной камере, может быть, и не являются важными для характеристики испытаний, однако они весьма полезны для обеспечения однородных условий внутри камеры в случае одновременного испытания группы образцов в одной камере с принудительной циркуляцией воздуха.
