Продолжение табл. 12.1

Х-14

Х-22

Х-40

Х-23

Х-24

Х-29

Х-25

Х-30

Х-35

Х-37

Х-13 Х-21 Х-26

Таблица 12.9. Марки термохимических индикаторов зарубежного производства

Таблица 12.10. Марки термоиидикатороз зарубе.жиого производства

Стран а

Торговая или фирменная марка термоиидикатор а

Диапазон измеряемых температур, С

Чехословакия

Япония

составы содержат красители синего, желтого, зеленого, розового цвета и имеют обозначения марки по первой букве цвета красителя. Тонкий слой высохшего покрытия этих термокрасок непрозрачен. Прн достижении температуры проявления покрытие становится прозрачным. Поэтому желательно выбирать цвет термоиндикатора контрастным с исходной окраской

Рис. 12.2. Изотермический отжиг облученного алмаза (AVIVq = 3,25 %)

изделия. Если поверхность белая или серая, следует брать термокраску с красителем. В табл. 12.7 приведены краткие характеристики набора термоиндикаторов, состоящего из термокрасок белого цвета 21 наименования, охватывающих диапазон температуры 30...230 °С, и из термокрасок 12 наименований, имеющих краситель. Точность измерения температуры

Рис12.3.1абочий график для определения температуры

®

/

термоиндикаторами серии ТИ так же, как и серии ТП, высока. Термоиндикаторы плавления этой серии можно нанести на поверхность объекта исследования более тонким слоем, чем термокраски плавления серии ТП. В результате возрастает скорость срабатывания, уменьшается погрешность измерения и масса покрытия. В качестве визуальных термоиндикаторов удобно использовать жидкие кристаллы. Наиболее широко распространены вещества холестерического типа (табл. 12.8).

Некоторые термоиндикаторы, изготовляемые зарубежными фирмами, приведены в табл, 12,9 и 12.10.

12.3. Облученные кристаллы

Действие этих индикаторов основано на изменении параметров кристаллической решетки облученного нейтронами кристалла в зависимости от температуры и времени выдержки. Их преимущества - малые габариты, широта диапазона измерения температуры в большом интервале времени выдержки при обеспечении достаточно высокой точности [379), .5

В процессе облучения в 1 ----- I

кристаллических материалах накапливаются дефекты. При нагревании облученного вещества происходит уменьшение концентрации дефектов. Чем выше температура и продолжительнее время выдержки, тем большее количество дефектов отжигается. При этом свойства вещества частично или полностью восстанавливаются.

Восстановление свойств вещества зависит от его кристаллической структуры и типа

дефектов, внесенных облучением. После облучения дефекты локализованы в некоторых точках кристаллической решетки и при низких температурах их подвижность мала При повышении температуры подвижность возрастает, дефекты перемещаются к стокам и уничтожаются. Температура отжига (при равных времени выдержки) различных дефектов различна, поэтому возврат свойств при отжиге происходит ступенчато, по стадиям. Число стадий соответствует количеству типов дефектов, присутствующих в материале. Восстановление свойств решетки облученных кристаллов таких веществ, как алмаз, карбид кремния, при отжиге происходит плавно. Плавный ход отжига расширения решетки алмаза объясняется тем, что даже дефекты одного типа имеют различную энергию активации отжига. Поэтому алмаз получил наиболее широкое среди кристаллов использование в термометрических целях. На рис. 12,2 представлены иаменения объемного расширения кристаллической решетки алмаза прн изотермическом отжиге. Примерный график номинальных статических характеристик алмаза приведен на рнс, 12,3, Отжиг алмаза при температуре выше 600 °С необходимо проводить в вакууме 1,32 10 Па, так как он начинает окисляться.

При рентгеновском способе измерения параметров кристаллической решетки необходимо около 1 мг облученного алмаза. Для увеличения точности измерения используется смесь облученного и эталонного алмазов. Корпус индикатора представляет собой цилиндрическую капсулу длиной 5 мм и диаметром 1 мм. Материал капсулы - нержавеющая сталь. Диаметр внутреннего отверстия капсулы 0,6 мм; высота столбика, заполняемого

Рис. 12.4. Конструкция индикатора до (а) и после (б) заполнения алмазным порошком

порошком алмаза, 3,5 мм. После заполнения капсулу закрывают пробкой и обвальцовывают, производят обжатие корпуса в месте расположения пробки. Конструкция индикатора представлена на рис. 12,4. Правильность изготовления капсулы, расположения пробки и т п. должны быть проверены методом рентгеновской дефектоскопии. Просвечиванию подвергаются партии индикаторов по 50...300 шт.

Если алмазный порошок засыпать непосредственно в отверстия, выполненные в термометрируемой детали, то об1>ем может быть уменьшен до 0,5 мм. Дальнейшее уменьшение габаритов индикатора возможно при использовании облученных монокристаллов алмаза. В принципе можно применять кристаллы объемом порядка 0,00001 мм*, однако техника съемки рентгенограмм в этом случае значительно усложняется.

Термоиндикатор из облученного алмаза позволяет измерять максимальную температуру при стационарных и нестационарных режимах испытания. Применение нескольких индикаторов дает возможность измерять температуру переходного режима. Индикатор целесообразно использовать в движущихся, вращающихся частях машин и механизмов, где по различным причинам невозможен или затруднен контроль с помощью других методов. Для измерения температуры в диапазоне 1300...2500 С в качестве вещества индикатора используют графит. Полученный при 1300 °С графит структурно несовершенен, что проявляется, в частности, в увеличении параметра решетки (с = 6,92 10 м). Последующая выдержка графита при температуре до 2500 °С приводит к постепенному совершенствованию структуры, параметр решетки при этом уменьшается до 6,74 10 м. Поэтому графит можно использовать и для термометрирования.

Общий недостаток термоиндикаторов с дефектами кристаллической решетки - зависимость от трудноконтролируемого фактора времени экспозиции.

ГЛАВА 13 ПИРОМЕТРЫ

13.1. Тепловое излучение

Термометрические средства, основанные на тепловом излучении тел [87, 109, 208, 414, 736], называются пирометрами излучения или просто пирометрами. При температуре, отличной от абсолютного нуля, всякая поверхность испускает электромагнитное излучение. Тепловое излучение - это электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне 0,1... 1000 мкм. Внутри этого диапазона находится область видимого излучения (0,4... 0,8 мкм).

Теория теплового излучения базируется на электромагнитной теории Максвелла, позволяющей с использованием законов термодинамики и экспериментальных определений скорости распространения света найти все остальные физические характеристики:

скорость света в вакууме с = 299 792 458 м/с

постоянная Плаика h = 6,6256 Ю * Дж/с постоянная Больцмана k = 1,380662 10 Дж/К первая постоянная излучения Ci = 3,741832 10~ Вт м вторая постоянная излучения = 1,438786 Ю м К постоянная Стефана - Больцмана а = 5,67032 . 10~* Вт/(м К*). Термины, обозначения и определения, используемые в теории теплового излучения, приведены в табл. 13.1 (ГОСТ 7601-78, ОСТ 25 1037-82).

В пирометрах излучения широко применяются стекла, зеркала, поглощающие тела. Для монохроматического и полного потока излучения справедливы аналогичные соотношения

>, + + = 1 + Р + =

Для нормального отражения от поверхности стекла справедлива формула Френеля

1-1 \ а

действительная как для входа, так и для выхода луча из стеклянного магссива.

13.2. Физические законы излучения

Детальное описание законов излучения приведено в ряде фундаментальных монографий [208, 414, 802, 857].

Закон Кирхгофа в силу универсальности (для всех тел) применим и к абсолютно черному телу, для которого излучательная и поглощающая способности, а значит, и их отношение, тождественно равны единице. Поэтому закон Кирхгофа можно сформулировать следующим образом: при