ИЗЛУЧАТЕЛЬ ТИПА АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО

Полезная модель относится к оптической термометрии и может быть использована в оптической пирометрии для измерения высоких температур, а также в качестве эталонов инфракрасного излучения.
Известен инфракрасный излучатель, содержащий установленное в корпусе тело накала, состоящее из сердечника, контактирующего с высокоомным проводником, термодатчика, вмонтированного в сердечник, окружающего сердечник первого теплоизолирующего экрана, установленных между сердечником и первым экраном теплоизолирующих элементов, диафрагмы и блока регулирования температуры. Между корпусом и первым экраном установлен дополнительный экран. Теплоизолирующие элементы, находящиеся между сердечником и первым экраном, образуют воздушную полость. При этом внутренние и наружные поверхности экранов, а также внутренняя поверхность корпуса выполнены зеркальными /RU 29775, G01J 3/10, 2003/.
Недостатком известного излучателя является относительно высокий массово габаритный показатель. Излучатель, выполненный в виде тела с конической полостью, имеет толщину, в несколько раз превышающую диаметр, что не позволяет создавать излучатели этого типа с большой излучаемой поверхностью при малой массе.
Известен также радиационный источник или приемник инфракрасного излучения с высокой апертурой и выполненный из хорошего теплового проводника (пиролитического графита или металла). Эффективная область излучения/поглощения включает концентрические регулярные элементы. Эти элементы образуют радиационные ловушки /DE 19549311, Н01К 1/04, 1997/.
Известный источник характеризуется недостаточной степенью черноты, а также является трудоемким в изготовлении. Указанные недостатки обусловлены тем, что излучатель с кольцевыми бороздками, выполненный из графита, имеет хрупкие острые края бороздок, что создает серьезные технологические проблемы при изготовлении и эксплуатации излучателя. Кроме того, поверхность пиролитического графита, используемого для изготовления излучателей, не может быть глянцевой. Излучатель, выполненный из металла, требует окраски поверхностей борозд черной краской, однако при этом краска неизбежно заполняет внутренний угол, образуя мениск, резко увеличивающий радиус кривизны этого внутреннего угла, что снижает степень черноты.
Наиболее близким по конструктивному исполнение к заявляемой полезной модели является источник, описанный в отчете «Малогабаритный имитатор абсолютно черного тела» /НПО «Планета, Долгопрудный, 1994, с.3/, который представляет собой излучатель с кольцевыми бороздками, выполненный из металла и содержащий набор плотно соединенных элементов, излучающая поверхность каждого из которых выполнена в сечении в виде клина с острой кромкой, обращенной в сторону излучения. Излучающие поверхности соседних элементов не контактируют друг с другом. На излучающие поверхности нанесено черное покрытие. Данная конструкция выбрана за прототип.
Прототип характеризуется высокой трудоемкостью изготовления и большой стоимостью. Данный недостаток обусловлен тем, что изготовление колец требует высокой точности (от 10 мкм до 20 мкм) при большом диаметре и малой толщине. В связи с этим для каждого кольца, а их число в известных образцах достигает 15-ти, требуется своя оснастка. Кроме того, требуется специальная технология сборки, при которой очередное кольцо надевается на охлажденный в жидком азоте блок уже собранных колец.
Задачей заявляемой полезной модели является создание излучателя типа черное тело, лишенного указанных недостатков. Технический результат полезной модели заключается в упрощении технологии изготовления излучателя и повышении степени черноты.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается излучатель типа абсолютно черное тело, содержащий набор плотно соединенных элементов, излучающая поверхность каждого из которых выполнена в сечении в виде клина с острой кромкой, обращенной в сторону излучения. При этом излучающие поверхности соседних элементов не контактируют друг с другом, а на излучающие поверхности нанесено черное покрытие. Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является то, что элементы выполнены в виде плоских одинаковых пластин.
Дополнительно предлагается радиус кривизны острой кромки выполнить не превышающим 5 мкм.
Дополнительно предлагается угол клина в поперечном сечении выполнить в диапазоне 20-25°.
Также дополнительно предлагается покрытие выполнить глянцевым со степенью черноты в инфракрасном диапазоне не ниже 0,95.
Выполнение элементов в виде плоских одинаковых пластин позволяет значительно упростить технологию изготовления излучателя, а также обеспечить высокое качество изготовления и контроля.
Выполнение покрытия глянцевым со степенью черноты в инфракрасном диапазоне не ниже 0,95 позволяет повысить степень черноты излучателя в целом. На прилагаемом чертеже представлено заявляемое устройство, где 1, 2, 3, n - элементы, А - излучающая поверхность элемента с покрытием, Б - поверхности элементов, по которым элементы плотно соединяют друг с другом. R - радиус кривизны острой кромки, угол а находится в пределах 20-25°.
Устройство работает следующим образом. Источник располагают острыми кромками к источнику света. Излучение, попадая на излучающие поверхности А, элементов 1, 2, 3, n, частично (95%) поглощается покрытием, а частично отражается так, что после отражения опять попадает на поглощающее покрытие, которым опять поглощается. Процесс происходит до практически полного поглощения света. Достигнутая степень черноты - 0,9965.
Температура источника измеряется с помощью датчиков, вмонтированных в тело пластин (на чертеже не показаны). Для точного знания температуры поверхности требуется выполнять пластины из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а толщину слоя краски делать минимальной. В конкретном случае, пластины были изготовлены из алюминиевого сплава АМг6, коэффициент теплопроводности которого равен 150 Вт-м/К, что в 2 раза, меньше, чем у меди, и составляет 75% от теплопроводности чистого алюминия. Для нанесения покрытия рекомендуется использовать краску Aeroglaze Z-306 (Lord Corporation, USA). Наиболее прочными красками считаются порошковые краски горячего отверждения, в частности, черная краска RAL 9005-AN201V.