Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

Продолжение табл. 8

Д л и н а волны П о л у п р о в о д н и к излучения,

мкм

13. Лабораторные источники инфракрасного излучения

В лабораторной практике при исследовании приемников лучистой энергии, при калибровке инфракрасных прибо­ ров, при спектральных измерениях и т. д. используются различные источники инфракрасного излучения с вполне определенными параметрами.

Модели черного тела (полные излучатели). Идеально (абсолютно) черного тела, в строгом смысле понятия, дан­ ного о нем в гл. 1, не существует. Однако создаются и ши­ роко используются модели черного тела (полные излуча­ тели), по свойствам настолько близкие к идеальному, что они удовлетворяют требованиям измерений с очень высо­ кой точностью. Принципиально такой моделью является непрозрачная замкнутая полость с достаточно малым от­ верстием и равномерно нагретыми стенками. Геометриче­ ская форма полости при этом практического значения не имеет, хотя из конструктивных соображений чаще всего модели придают трубчатую форму.

Показано [24], что коэффициент излучения (коэффи­ циент поглощения) излучающего отверстия модели чер-

41

ного тела может быть вычислен по следующей формуле:

где А0 — площадь излучающего отверстия; А — площадь внутренней поверхности полости; а с т — коэффициент по­ глощения стенок.

Рис. 15. Малогабаритный полный излучатель СЗПИ

Вмоделях черного тела предусматривается надежная теплоизоляция внутренней полости, стенки которой должны быть сделаны из материала, способного длительно выдер­ живать рабочую температуру. Обогрев осуществляется почти всегда электронагревательной обмоткой, витки ко­ торой располагаются так, чтобы полость нагревалась рав­ номерно. Кроме того, в конструкции предусматривается термопара или термистор для контроля температуры из­ лучающей полости.

Вкачестве примера одной из подобных конструкций на рис. 15 показан малогабаритный полный излучатель, раз­ работанный в Северо-Западном заочном политехническом институте (СЗПИ) [24], имеющий размеры приблизительно 90 мм в длину и 60 мм в диаметре. Он снабжен электронным терморегулятором, схема которого показана на рис. 16,

42

обеспечивающим стабилизацию заданной температуры с точностью до + 0,5 °С в пределах от температуры окру­ жающей среды до 150 °С.

Излучатель представляет собой двухполостную симмет­ ричную относительно среднего поперечного сечения цилиндрическую конструкцию с малыми отверстиями с тор­ цевых сторон. Полость / является вспомогательной: вну­ три нее проходят полупроводники преобразователей тем­ пературы (термистор и термопара), а полость 2 является

Рис. 16. Схема электронного терморегулятора к малогабаритному излучателю СЗПИ

рабочей. Высокая теплопроводность материала полостей (алюминий) создает хорошую равномерность нагрева сте­ нок. Полная площадь излучающей полости составляет 2510 мм2 , площадь излучающего отверстия 3,14 мм2 . Внут­ ренняя поверхность полостей подвергнута химическому матовому чернению, при этом ее коэффициент поглощения составляет 0,96. Расчетная поглощательная способность (коэффициент излучения) излучателя 0,999.

Малогабаритный полный излучатель СЗПИ с успехом использован в качестве конструктивного элемента инфра­ красного пирометра СЗПИ типа ИКР-1, а также в кон­ струкции эвапорографа ГОИ типа ЭВ-84, где два таких излучателя с разной температурой создают в поле зрения реперные температурные точки сравнения (см. гл. 6).

43

Окисленная никелевая лента. Такой излучатель может с достаточной технической точностью заменить черное тело. Никелевая лента нагревается в воздухе проходящим по ней током до температуры 700—800 °С в течение 2—3 ч; при этом поверхность никеля покрывается слоем черной окиси с весьма высокой излучательной способностью в коротко­ волновой инфракрасной области (с увеличением % значе­ ние е (Я.) постепенно уменьшается; соответствующую по­

Данные о значениях е (К) для окиси никеля в табл. 9 даны для температуры 1100 °С. Использование окисленной никелевой ленты создает ряд удобств: устойчивость тем­ пературы излучателя, большие его размеры, простоту экс­ плуатации. Лента должна иметь толщину порядка 0,2 —

— 0,3 мм; следует, однако, опасаться длительного нагрева ленты при высокой температуре (порядка 700 °С и выше), так как она становится хрупкой и легко разрушается. При температуре 300 °С лента может успешно работать не­ сколько десятков часов.

44

Силитовый стержень (глобар). Этот излучатель широко

ния, смешанного с глиной и подвергнутого обжигу. Такой стержень, обладающий высоким сопротивлением, нака­ ливается электрическим током (к концам подводится на­ пряжение порядка 100 В) до рабочей температуры 980 — —1100 °С; размеры стержней: диаметр от 8 мм до 5 см, длина от 25 до 100 см. Основной недостаток снлитового стержня состоит в его низкой рабочей температуре; иногда его используют при более высокой температуре (до 1900 °С), защищая поверхность от окисления слоем окиси тория,

товленную из смеси окислов циркония и иттрия. К концам трубки присоединены электроды в виде проволочек из платины; трубка (штифт) нагревается проходящим по ней электрическим током. В холодном состоянии штифт яв­ ляется диэлектриком; достаточная электропроводность у штифта возникает после разогрева. Питание штифта осу­ ществляется через бареттер (для стабилизации тока). К штифту прикладывается переменное напряжение 230 В. Штифт работает в воздухе; для средневолновой инфра­ красной области (до 15 мкм) штифт Нернста является очень хорошим источником излучения (близкого к излучению черного тела при той же температуре).

14. Естественные источники инфракрасного излучения

При использовании активных и пассивных инфракрас­ ных систем часто приходится принимать во внимание по­ лезные или мешающие излучения естественных источников, которые можно разделить на три основные группы: а) на­ земные источники — почва, растительность, водная по­ верхность, здания, транспортные средства, люди; б) ат­ мосферные источники — пары воды и атмосферные газы, облака, пыль, полярные сияния; в) космические ис­ точники — Солнце, Луна, планеты, звезды, туманности.

Наземные источники излучения. К этим источникам

45

относятся находящиеся на поверхности Земли объекты. Спектральное распределение излучения таких источников зависит не только от их температуры, но и от излучательной и отражательной способности. Излучение элементов ланд­ шафта (почвы, растительности, зданий и т. п.) образуется суммированием их собственного, теплового излучения и отраженного ими солнечного излучения. Отражательные свойства элементов земного ландшафта с учетом сказан­ ного учитываются значением альбедо (отношение суммар­ ного отраженного лучистого потока к падающему). В табл. 10 приведены значения инфракрасного альбедо

так как слой воды толщиной менее 0,1 мм полностью по­ глощает падающее на него излучение, начиная с X = 2 мкм, а при толщине 10 см — начиная с X = 0,95 мкм.

Излучение растительных массивов изучено недостаточно полно из-за трудности определения температуры расти­ тельности при проведении измерений. Растения обладают собственным механизмом регулирования своей темпера­ туры (например, в жаркое время травяной покров нагре­ вается меньше, чем скалы). Можно считать приближенно,

46