Способ определения степени черноты внешней поверхности тел с внутренним источникомтепла

СПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (п1 4l974l

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 28.03.72 (21) 1764178/18-10 (51) М. Кл. б Olj 5/00 с присоединением заявки

Государственный комитет

Совета Министров СССР ио делам изооретеиий и открытий (32) Приоритет

Опубликовано 15.03.74. Бюллетень М 10

Дата опубликования описания 08.08.74 (53) УДК 536.3:535,34 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. С. Гребенников и О. М. Гребенникова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЪ|

ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ С ВНУТРЕННИМ ИСТОЧНИКОМ

ТЕПЛА

Изобретение может быть использовано в тех областях техники, где требуется информация об интенсивности лучеиопускания с внешней поверхности тела, имеющего внутренний источник тепла, например,,в электронной технике для определения теплового состояния полупроводниковых приборов и надежности в разных условиях их эксплуатации.

Известен способ определения степени черноты внешней поверхности тела путем размещения последнего в вакууме с остаточным давлением газовой среды менее 10 — мм рт. ст. и площадью внутренней IIQBcpxHocTH оболочки, ограничивающей вакуумный объем, много большей площади внешней поверхности тела, измерения тем пературы поверхности последнего, температуры внутренней поверхности оболочки и величины рассеивания мощности.

По найдеппым абсолютной температуре вне;иней поверхности тела в вакууме Т„„абсо7ютной температуре внутренней IIoBcpxIIocTH оболочки, ограничивающей вакуум Т„о и ве ичнне рассеиваемой мощности P производится вычисление степени черноты поверхности тела е по следующему известному соотношению

Стефана-Больц.мана: где С,=5,6687 ви м К вЂ” коэффициент излучения абсолютно черного тела; S — площадь внешней поверхности тела.

Недостатком известного способа является практическая непригодность его для определения степени черноты внешней поверхности тела в том случае, когда эта поверхность является неизотермической, например полу про10 водпикового прибора, представляющего собой законченную малогабаритную конструкцию, состоящую из набора элементов с разными теплофизическими свойствами.

15 Для обеспечения получения информации о степени черноты внешней неизотермической поверхности те.7а предлагается способ, по которому ца поверхность колтролируемого тела наносят слой вещества с известной сте20 пенью черноты, например смесь клея

БФ-4 с сажей, и вновь помещают тело в вакуумный объем; в той же точке внешней повсрхности и при той же температуре оболочки вакуумного объема поддер25 живают прежпюю тем пературу внутренней IIIQверхности оболочки изменением мощности источника тепла, вторично измеряют температуру тела в той же точке и мощность источника тепла, а искомую величину вычисляют

30 и о ф о 17 м 1 7 с:

419741

ОР

-ср—

7 о 27 16 об об

30 т

t â=„+ 273>16

50 где сор — искомая степень черноты; Р> и

Р2 — мощности внутреннего источника тепла контролируемого тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты соответственно; С<, ——

: 5,6687 am, лю"  — коэффициент излучения абсолютно черного тела; S — теплоизлучающая поверхность,контролируемого тела; /„-,; t,.:„— температуры в одной и той же точке поверхности контролируемого тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты соответственно;

T,o — абсолютная температура внутренней поверхности оболочки, ограничивающей ваку уом н ы и объем.

Степени черноты,внешней поверхности, например, полупроводникового прибора определяют следующим образом.

Полупроводниковый прибор размещают примерно в центре вакуумного объема с остаточным давлением газовой среды менее

10 мм рт. ст. и площадью внутренней поверхности оболочки, ограничивающей его, много большей площади внешней поверхности

Это соотношение получено на основе следующих .предпосылок.

Известно, что в вакууме с остаточным давлением газовой среды менее 10 мм рт. ст. сток тепла с внешней поверхности любого тела,,находящегося в неограниченном объеме, происходит, в основном, путем лучеиспускания. Перенос тепла конвекцией и теплопроводностью в этих условиях пренебрежимо мал и в практических тепловых расчетах может не учитываться.

Поэтому, располагая данными о степени черноты е и площади внешней |поверхности тела S, температуре внутренней поверхности оболочки, ограничивающей:вакуум, Т,б и мощности, источника тепла Р, можно ipaccvHтать абсолютную тем пературу внешней поS верхности тела Т,р„по следующему известному соотношению Стефана-Больцмана:

Тсрв:- Тоб + 10 — С .

Полученное по этому соотношению значение

S температуры Т„, является среднеи тем|пературой внешней, поверхности тела, соответствующей мощности P внутреннего источника тепла. По величине T ð, и абсолютной тем5

25 прибора. В произвольной точке внешней поверхности прибора производят замер тем пературы t„-.„любым известным способом, например термопарой, и фиксируют величину мощности источника тепла Р,. Затем прибор извлекают из вакуумного объема, внешнюю поверхность его покрывают веществом с известной степенью черноты, например смесью клея БФ-4 и сажи, степень черноты которой в широком диапазоне температур сохраняется

<а уровне близком к 0,96, и снова помещают в вакуумный объем, изменяют мощность источника тепла так, чтобы тем пература оболочки не изменилась. В той же точке внешней поверхности прибора и при той же температуре оболочки,ва куу много объема T„- п роизводят второй замер температуры t„-„и фиксируют мощность источника тепла Р>. По экспериментально полученным значениям температур („,„ t„-,, мощностям источника тепла Р, и Ро и температуре оболочки Т,б степень черноты,внешней поверхности полупроводникового,прибора расчитывают по соотношению: пературе произвольной точечки,внешней поверхности тела (t„-„ +273,16), измеренной при той же мощности Р в условиях вакуума, может быть определен некоторый .коэффициент неизотермичности К, показывающий во сколь8 ко раз средняя температура Т,р, больше абсолютной температуры точки (t„„+273,16) .

Значение коэффициента К, как показывают эксперименты и теоретические расчеты, для произвольно выбранной точки достаточно близко к постоянному.

Температура 1„,„и t„:„любой точечки внешней поверхности тела, измеренная в одних и тех же условиях вакуума до и после нанесения на него покрытия, различна. Объясняется это изменением коэффициента излучения поверхности тела после нанесения на него покрытия.

Изменение интенсивности стока те пла c IIQверхности тела происходит пропорционально изменению степени ее черноты.

Коэффициент неизотермичности К не меняет своего значения в зависимости от нали419741 ср „+ П3,16 / 4 10 Р 10,25 Тоб+ — ) cp=- .+ 273,16 =кроо

Тсрен сг К(ср. + 273 16):

Предмет изобретения

10вР, Составитель В. Агапова

Редактор И. Шубина

Техред 3. Тараненко

Корректор Н. Учакина

Заказ 1866/2 Изд. М 1370 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2 чия или отсутствия покрытия на |внешней поверхности тела.

В связи с этим он может быть использован для вычисления средней абсолютной температуры тела с неизвестной степенью черноты ен по соотношению, полученному на основе следующих преобразований:

Точность расчета по полученному соотношению повышается с приближением формы тела к форме шара, куба или цилиндра, высота IKQToporo ра вна диаметру основания, и при отсутствии на внешней поверхности значительных вогнутостей.

Способ определения степени черноты внешней поверхности тел с внутренним источником тепла путем измерения тем|пературы в произвольной точечке внешней поверхности тела, предварительно размещенного в вакуумном объеме с остаточным давлением газовой среды менее 10 — з мм рт. ст. и,площадью внутренней,поверхности оболочки, ограничивающей вакуумный объем, много большей внешней где е,р искомая степень черноты; Р1 и

Р, — мощности внутреннего источника тепла тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты соответственно; С,=5,бб87Вт/М"К4 — коэффициент излучения абсолютно черного тела; S — теплоизлучающая поверхность тела; гтвьн и tòâü, Зная мощность источника тепла Рь при которой измерялась температура точки и среднюю теурпер атуру .внешней поверхности

Тср:„по соотношению Стефана-Больцма.ia нетрудно найти и степень ее черноты еср поверхности тела, измерения температуры внутренней поверхности оболочки и мощности источника тепла, отличающийся тем, что, с целью реализации его на телах с неизотермической внешней поверхностью, например полупроводниковых приборах, на поверхность контролируемого тела наносят слой вещества с известной степенью черноты, например смесь клея БФ-4 с сажей, и вновь помещают тело в вакуумный объем; в той же точке внешней поверхности и при той же температуре оболочки вакуумного обьема поддерживают прежнюю температуру внутренней поверхности оболочки измененнем мощности источника тепла, вторично измеряют температуру тела в той же точке и мощность источника тепла, а искомую величину определяют по формуле: температуры в одной и той же точке тела в исходном состоянии и покрытого слоем вещества с известной степенью черноты; T„;,— абсолютная температура внутренней поверхности оболочки, ограничивающей вакуумный объем.