RU2408854C1 - Device for graduating radiant energy receivers - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device employs a thermal vacuum chamber inside of which there are two calibration instruments suspended on threads. Each instrument has a black body simulator and a system for controlling temperature of the wall of the cavity of said simulator, which includes an electric heater and a temperature sensor fitted on the wall of the cavity of the simulator, and screen-vacuum heat insulation which covers the outer surface of the wall of the cavity of the simulator except a window in the wall of the cavity of the simulator. The windows of the black body simulators lie opposite each other. A radiant energy receiver is suspended on threads in the space between the windows. The sensitive planes of the said receiver are parallel the planes of the windows and lie at a distance which prevents thermal contact between the radiant energy receiver and the calibration instruments.

EFFECT: graduation of receivers in conditions close to their working conditions in space, and in conditions for using the receivers during thermal vacuum tests of spacecraft or its component parts.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройству градуировки приемников лучистой энергии (ПЛЭ), с термочувствительными элементами.The invention relates to space technology, and in particular to a device for calibrating radiant energy receivers (PLE), with heat-sensitive elements.

Рассматриваемые для градуировки ПЛЭ используют для контроля теплообмена объекта исследования (ОИ), например космического аппарата (КА), или его составных частей, в условиях космоса или в условиях, имитирующих космическую среду при тепловакуумных испытаниях (ТВИ) в наземных тепловакуумных камерах (ТВК) /7, с.9/. Тепловая энергия воспринимаемых лучистых потоков таких ПЛЭ отводится через его корпус в окружающую среду излучением. Температура ПЛЭ при этом должна быть средней равновесной, обеспечивающей излучение потребного количества энергии. Ограничения на температуры конструкционных и термочувствительных элементов ПЛЭ приводят в этом случае к ограничению уровня воспринимаемых лучистых потоков /5, с.132/.The PLE considered for graduation is used to control the heat transfer of the object of study (OI), for example, a spacecraft (SC), or its components, in space or in conditions simulating a space environment during thermal vacuum tests (TWI) in ground thermal vacuum chambers (TCEs) / 7, p. 9 /. The thermal energy of the perceived radiant fluxes of such PLEs is removed through its body into the environment by radiation. The temperature of the PLE in this case should be the average equilibrium, providing radiation of the required amount of energy. The temperature limits of the structural and thermosensitive elements of the PLE lead in this case to a limitation of the level of perceived radiant fluxes / 5, p.132 /.

Градуировка, т.е. проверка показаний приборов путем сравнения с показаниями образцовых приборов (ОП), широко применяется в современном приборостроении, являясь одной из последних операций при выпуске приборов.Graduation i.e. verification of instrument readings by comparison with the indications of reference instruments (OP) is widely used in modern instrumentation, being one of the last operations in the manufacture of instruments.

Известно, что для абсолютной градуировки инфракрасной аппаратуры различного назначения используют эталонные излучатели /6, с.92/. Так, в качестве эталонного излучателя применяли нагретые тела, например: It is known that for absolute calibration of infrared equipment for various purposes, reference emitters / 6, p. 92 / are used. So, heated bodies were used as a reference emitter, for example:

- излучатель в виде полого медного куба, нагреваемого до определенной температуры горячей водой /6, с.92/;- a radiator in the form of a hollow copper cube heated to a certain temperature with hot water / 6, p. 92 /;

- металлические цилиндры, наружная поверхность которых была покрыта сажей, вовнутрь наливалась горячая вода /6, с.93/;- metal cylinders, the outer surface of which was covered with soot, hot water poured inside / 6, p. 93 /;

- металлический сосуд с кипящей водой и зачерненная медная пластина, нагреваемая пламенем спиртовой лампы до температуры примерно 400°С /6, с.93/.- a metal vessel with boiling water and a blackened copper plate heated by the flame of an alcohol lamp to a temperature of about 400 ° C / 6, p. 93 /.

Наиболее широко для абсолютной градуировки инфракрасной аппаратуры используют в качестве эталонного источника излучения имитаторы абсолютно черного тела (ИАЧТ). В практике применяют источники излучения с постоянным по спектру коэффициентом излучения, величина которого немного меньше единицы /6, с.92/. Так, известно устройство градуировки радиационных пирометров, приборов для измерения температуры объектов по их тепловому электромагнитному излучению, где в качестве эталонного источника использован ИАЧТ /2, с.276-277/.The most widely used for absolute calibration of infrared equipment is used as a reference source of radiation emitters absolutely black body (IAT). In practice, radiation sources with a constant emission spectrum coefficient are used, the value of which is slightly less than unity / 6, p. 92 /. So, it is known a device for calibrating radiation pyrometers, instruments for measuring the temperature of objects by their thermal electromagnetic radiation, where ИАЧТ / 2, p.276-277 / is used as a reference source.

Упомянутые устройства не могут быть использованы при градуировке приемников лучистой энергии, так как не отвечают требованиям создания условий, имитирующих космические.The mentioned devices cannot be used for graduating radiant energy receivers, since they do not meet the requirements for creating conditions simulating space ones.

Прототип предложенного устройства градуировки ПЛЭ, приборов для измерения интенсивности лучистой энергии в условиях космоса или в условиях, имитирующих космос, не найден.The prototype of the proposed device for calibrating PLE, instruments for measuring the intensity of radiant energy in space or in conditions that simulate space, was not found.

Задачей изобретения является обеспечение градуировки ПЛЭ, в условиях, приближенных к условиям их эксплуатации в космосе, а также в условиях эксплуатации ПЛЭ при тепловакуумных испытаниях КА, или его составных частей, за счет соответствия величины интенсивности лучистой энергии, падающей на ПЛЭ, температурам конструктивных элементов ПЛЭ.The objective of the invention is to provide graduation of the PLE, in conditions close to the conditions of their operation in space, as well as in the conditions of operation of the PLE during thermal vacuum tests of the spacecraft, or its components, due to the correspondence of the intensity of the radiant energy incident on the PLE to the temperatures of the structural elements of the PLE .

Задача решается устройством градуировки приемников лучистой энергии, состоящим из тепловакуумной камеры, имитирующей факторы космического пространства, внутри которой на технологической подставке на нитях подвеса размещены экранируемые со всех сторон криогенными экранами два образцовых прибора, каждый из которых включает имитатор абсолютно черного тела и систему терморегулирования стенки полости этого имитатора, включающую электронагреватель и датчик температуры, установленные на стенке полости имитатора, и экранно-вакуумную теплоизоляцию, закрывающую внешнюю поверхность стенки полости имитатора, кроме окна в стенке полости имитатора; окна имитаторов абсолютно черного тела расположены напротив друг друга; в объеме между окнами, на нитях подвеса, размещен приемник лучистой энергии, чувствительные плоскости которого параллельны плоскостям окон, на расстоянии, исключающем тепловой контакт приемника лучистой энергии с образцовыми приборами.The problem is solved by a device for calibrating radiant energy receivers, consisting of a thermal vacuum chamber that simulates space factors, inside of which on the technological support on the suspension threads are placed two exemplary devices shielded from all sides by cryogenic screens, each of which includes a black body simulator and a cavity wall temperature control system of this simulator, including an electric heater and a temperature sensor mounted on the wall of the cavity of the simulator, and a screen-vacuum heat LO isolation covering the outer surface of the wall of the cavity of the simulator, except for the window in the wall of the cavity of the simulator; windows of simulators of an absolutely black body are located opposite each other; in the volume between the windows, on the suspension threads, a radiant energy receiver is placed, the sensitive planes of which are parallel to the planes of the windows, at a distance that excludes the thermal contact of the radiant energy receiver with standard devices.

В качестве датчика температуры использован термометр сопротивления платиновый или медный.A platinum or copper resistance thermometer is used as a temperature sensor.

Стенка полости имитатора абсолютно черного тела выполнена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.The wall of the cavity of the simulator of a completely black body is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity.

ИАЧТ выполняют в виде замкнутой изотермической полости с вырезанным в стенке полости окном, площадь которого много меньше площади внутренней поверхности полости. Форма полости ИАЧТ может быть: сферической, конической, клиновидной, цилиндрической, цилиндрической с излучением через круглое отверстие в боковой поверхности /6, с.95-97/.IATI is performed in the form of a closed isothermal cavity with a window cut out in the cavity wall, the area of which is much smaller than the area of the internal surface of the cavity. The shape of the cavity of the IATI can be: spherical, conical, wedge-shaped, cylindrical, cylindrical with radiation through a round hole in the side surface / 6, p. 95-97 /.

Тепловой режим полости ИАЧТ для каждого ОП, в требуемых для градуировки ПЛЭ пределах, поддерживается системой терморегулирования (СТР), обеспечивающей контролируемый теплообмен с окружающей ОП средой внутри ТВК. СТР поддерживает требуемый тепловой режим полости ИАЧТ каждого ОП активными (электронагреватели (ЭН)) и пассивными (экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ)) средствами и контролируется датчиками температуры (ДТ).The thermal regime of the cavity of the IATF for each OD, within the limits required for the calibration of the PLE, is supported by a temperature control system (CTP), which provides controlled heat exchange with the surrounding OP environment inside the TCE. STP maintains the required thermal regime of the cavity of the ICA of each OP with active (electric heaters (EN)) and passive (screen-vacuum thermal insulation (EVTI)) means and is controlled by temperature sensors (DT).

Предложение использовать в качестве ДТ термометры сопротивления (ТС) платиновые или медные вызвано широким распространением этих термометров. Например, при помощи высокоточных платиновых ТС воспроизводится Международная практическая шкала, проводятся точные измерения температуры и градуировка других термометров в диапазоне 14-900 К /8, с.755/. Платиновые термометры для точных измерений имеют погрешность менее 0,001 К /1, с.179/.The proposal to use platinum or copper resistance thermometers (TS) as DTs is due to the widespread use of these thermometers. For example, with the help of high-precision platinum TS, the International Practical Scale is reproduced, accurate temperature measurements and calibration of other thermometers are carried out in the range of 14-900 K / 8, p.755 /. Platinum thermometers for accurate measurements have an error of less than 0.001 K / 1, p. 179 /.

Предложение выполнять стенку полости ИАЧТ из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из Al, Cu /1, с.340-342/ или их сплавов, позволяет получить более равномерное распределение температуры по стенке полости, что позволяет более точно определить интенсивность лучистой энергии образцового прибора.The proposal to make the wall of the cavity of the IATI from a material with a high coefficient of thermal conductivity, for example, from Al, Cu / 1, p. 340-342 / or their alloys, allows to obtain a more uniform temperature distribution over the wall of the cavity, which allows you to more accurately determine the intensity of the radiant energy of the reference device .

Рекомендуется покрывать внутреннюю поверхность стенки полости ИАЧТ материалом, хорошо поглощающим тепловые лучи, например, покрытие из рыхлой металлической черни, толщиной, достигающей 40-60 мкм и более, с максимальной величиной открытой пористости. Это вызвано в первую очередь необходимостью иметь возможно более высокий коэффициент излучения полости в широкой области длин волн, позволяющей увеличить эффективный коэффициент излучения ИАЧТ /6, с.95-97/. Можно также, для увеличения коэффициента теплового излучения ИАЧТ, использовать покрытия на основе пигментов Al₂О₃, CaO, ZrO₂, ZnO, CuO, как имеющие стабильные и наибольшие значения коэффициента теплового излучения /1, с.779/.It is recommended to cover the inner surface of the wall of the cavity with a material that absorbs heat rays well, for example, a coating of loose metallic black, with a thickness reaching 40-60 microns or more, with a maximum value of open porosity. This is primarily due to the need to have the highest possible emissivity of the cavity in a wide range of wavelengths, which allows to increase the effective emissivity of the ИАЧТ / 6, p.95-97 /. It is also possible, to increase the coefficient of thermal radiation of the AIIB, to use coatings based on pigments Al ₂ O ₃ , CaO, ZrO ₂ , ZnO, CuO, as having the stable and highest values of the coefficient of thermal radiation / 1, p.779 /.

ЭВТИ, входящая в систему терморегулирования ИАЧТ, способствует также более равномерному распределению температуры по стенке полости ИАЧТ и одновременно уменьшает затраты энергии при градуировке.EUTI, which is part of the thermal control system of the IATI, also contributes to a more uniform distribution of temperature on the wall of the cavity of the IATI and at the same time reduces the energy consumption during calibration.

Нити подвеса выполняют из теплоизоляционных материалов, исходя из принятых при градуировке рабочих температурных условий /10, 11/.The suspension threads are made of heat-insulating materials, based on accepted at graduation of the working temperature conditions / 10, 11 /.

На чертеже приведен конкретный пример конструктивного исполнения устройства градуировки ПЛЭ, где:The drawing shows a specific example of the design of the graduation device PLE, where:

1 - тепловакуумная камера (ТВК);1 - thermal vacuum chamber (TCE);

2 - криогенные экраны (КЭ);2 - cryogenic screens (CE);

3, 4 - образцовые приборы (ОП);3, 4 - reference devices (OP);

5, 6 - имитаторы абсолютно черного тела (ИАЧТ);5, 6 - simulators of a completely black body (IAChT);

7, 8 - датчики температуры (ДТ);7, 8 - temperature sensors (DT);

9, 10 - электронагреватели (ЭН);9, 10 - electric heaters (EN);

11, 12 - экранно-вакуумная тепловая изоляция (ЭВТИ);11, 12 - screen-vacuum thermal insulation (EVTI);

13, 14, 15 - нити подвеса;13, 14, 15 - suspension threads;

16 - подставка;16 - stand;

17, 18 - окна;17, 18 - windows;

19 - приемник лучистой энергии (ПЛЭ);19 - radiant energy receiver (PLE);

20, 21 - стенки полостей.20, 21 - walls of the cavities.

Устройство градуировки приемников лучистой энергии, конструкция которого состоит из ТВК 1, имитирующей факторы космического пространства, внутри которой на технологической подставке 16 на нитях подвеса 13, 14 размещены экранируемые со всех сторон криоэкранами 2 два образцовых прибора 3 и 4. Каждый ОП 3 и 4 включает ИАЧТ 5 и 6, соответственно, и свою систему терморегулирования стенок полостей 20 и 21 ИАЧТ 5 и 6, соответственно. СТР каждого ОП 3 и 4 включает ЭН 9 и 10, соответственно, ДТ 7 и 8, соответственно, и ЭВТИ 11 и 12, соответственно. Окна 17 и 18 ИАЧТ 5 и 6, соответственно, расположены напротив друг друга. В объеме между окнами 17 и 18, на нитях подвеса 15, размещен ПЛЭ 19, чувствительные плоскости которого параллельны плоскостям окон 17 и 18, на расстоянии, исключающем тепловой контакт ПЛЭ 19 с ОП 3 и ОП 4.A device for calibrating radiant energy receivers, the design of which consists of a TCE 1 simulating outer space factors, inside of which two exemplary devices 3 and 4 are shielded on all sides by cryoscreens 2 on a technological stand 16 on the threads of the suspension 13, 14. Each OP 3 and 4 includes IATI 5 and 6, respectively, and its system of thermoregulation of the walls of the cavities 20 and 21 IATI 5 and 6, respectively. The STR of each OP 3 and 4 includes the EN 9 and 10, respectively, DT 7 and 8, respectively, and EVTI 11 and 12, respectively. Windows 17 and 18 of the IATI 5 and 6, respectively, are located opposite each other. In the volume between the windows 17 and 18, on the threads of the suspension 15, there is a PLE 19, whose sensitive planes are parallel to the planes of the windows 17 and 18, at a distance that excludes the thermal contact of the PLE 19 with OP 3 and OP 4.

Устройство градуировки приемников лучистой энергии работает следующим образом.A device for calibrating radiant energy receivers works as follows.

Смонтированные, с помощью нитей подвеса 13, 14, 15, на технологической подставке 16 ОП 3 и ОП 4 и ПЛЭ 19 размещают внутри ТВК 1.Mounted, using the suspension threads 13, 14, 15, on the technological stand 16 OP 3 and OP 4 and PLE 19 are placed inside the TCE 1.

Закрывают ТВК 1 и начинают проверять работу системы измерения контролируемых параметров ОП 3 и ОП 4, а именно:Close TCEs 1 and begin to check the operation of the measurement system of the monitored parameters of OP 3 and OP 4, namely:

- работоспособность ДТ 7 и 8, контролирующих температуры стенки полости 20 (T_п1) ИАЧТ 5 и стенки полости 21 (Т_п2) ИАЧТ 6;- performance DT 7 and 8, controlling the wall temperature of chamber 20 (T _n1) IACHT 5 and the wall of the cavity 21 (T _n2) IACHT 6;

- работоспособность ЭН 9 ИАЧТ 5 и ЭН 10 ИАЧТ 6.- the performance of EN 9 ИАЧТ 5 and ЭН 10 ИАЧТ 6.

Также проверяют работу термочувствительных элементов (ТЧЭ) (на чертеже не показаны), входящих в конструкцию ПЛЭ 19.Also check the operation of heat-sensitive elements (TEC) (not shown), included in the design of the PLE 19.

ДТ 7 и 8, выполненные, например, из тонкого платинового провода, имеют предварительно выполненные градуировочные характеристики, выраженные зависимостью сопротивления от температуры.DT 7 and 8, made, for example, from a thin platinum wire, have previously performed calibration characteristics, expressed as a function of resistance to temperature.

Затем начинают процесс вакуумирования ТВК 1, с помощью откачной системы вакуумирования (на чертеже не показана) и охлаждения жидким азотом КЭ 2, моделируя в ТВК 1 условия, близкие к космическим, обеспечивающие радиационный характер внешней теплопередачи и рабочий режим работы теплоизолирующих устройств ЭВТИ 11 и 12, используемых при градуировке.Then the process of evacuation of TCE 1 begins, using an evacuation system of evacuation (not shown in the drawing) and cooling with KE 2 liquid nitrogen, simulating conditions close to space in TEC 1, ensuring the radiation character of external heat transfer and the operating mode of the heat-insulating devices EVTI 11 and 12 used in graduation.

Начинаем процесс градуировки, фиксируя начальное температурное состояние ОП 3 T_п1 и ОП 4 Т_п2, по показаниям ДТ 7 и 8, соответственно, и температурное состояние контролируемых конструктивных элементов ПЛЭ 19, по показаниям, снимаемым с ТЧЭ ПЛЭ.We begin the calibration process, fixing the initial temperature state of the OD 3 T _p1 and OD 4 T _p2 , according to the readings of DT 7 and 8, respectively, and the temperature state of the controlled structural elements of the PLE 19, according to the readings taken from the HSE PLE.

Определяем полную испускательную способность каждого ИАЧТ 5 и 6, т.е. количество лучистой энергии с единицы поверхности каждого окна 17 и 18, соответственно, в единицу времени, с использованием закона Стефана-Больцмана /8, с.725/, из выражений:We determine the total emissivity of each IATI 5 and 6, i.e. the amount of radiant energy from the surface unit of each window 17 and 18, respectively, per unit time, using the Stefan-Boltzmann law / 8, p.725 /, from the expressions:

где σ - постоянная Стефана - Больцмана равна 5,67·10 Вт/(м²·К⁴);where σ is the Stefan – Boltzmann constant is 5.67 · 10 W / (m ² · K ⁴ );

ε'₁ и ε'₂ - эффективные коэффициенты излучения полостей ИАЧТ 5 и 6, соответственно, зависящие от конфигурации полостей ИАЧТ и определяемые, например, по методу Гуффе /6, с.95/.ε ' ₁ and ε' ₂ are the effective emission coefficients of the cavities of the IATI 5 and 6, respectively, depending on the configuration of the cavities of the IATI and determined, for example, by the Huffe method / 6, p.95 /.

С помощью регулировки мощности ЭН 9 и 10 и частичного отвода тепла излучением на КЭ 2 с внешней поверхности ОП 3 и ОП 4, устанавливаем желаемые температуры стенок полостей 20 и 21 ИАЧТ 5 и 6, фиксируемые ДТ 7 и 8, соответственно T_п1 и Т_п2. При установившемся тепловом состоянии системы, включающей ОП 3, ОП 4 и ПЛЭ 19, по выражениям (1) и (2), определяем величины интенсивности падающей лучистой энергии qп₁ и q_п2 на чувствительные плоскости ПЛЭ 19. Лучистая энергия (q_п1 и q_п2) частично поглощается конструкцией ПЛЭ 19, нагревая конструктивные элементы ПЛЭ 19, что фиксируется его ТЧЭ. С помощью ТЧЭ ПЛЭ 19 фиксируем температуры конструкции ПЛЭ 19, однозначно соответствующие величинам интенсивности падающей лучистой энергии q_п1 и q_п2. Получаем зависимости показаний ТЧЭ конструкции ПЛЭ 19 от величины интенсивности лучистой энергии от ОП 3 и ОП 4, падающей с двух сторон на чувствительные плоскости ПЛЭ 19.By adjusting the power of the electric motors 9 and 10 and partial heat removal by radiation on the FE 2 from the outer surface of the OP 3 and OP 4, we set the desired temperature of the walls of the cavities 20 and 21 of the ИАЧТ 5 and 6, recorded by ДТ 7 and 8, respectively T _p1 and T _p2 . When the thermal state of the system is established, including OP 3, OP 4 and PLE 19, from expressions (1) and (2), we determine the intensity of the incident radiant energy qп ₁ and q _п2 on the sensitive planes of the PLE 19. Radiant energy (q _п1 and q _n2 ) is partially absorbed by the design of the PLE 19, heating the structural elements of the PLE 19, which is fixed by its TCE. Using the HSE PLE 19, we fix the temperature of the design of the PLE 19, which uniquely corresponds to the intensity values of the incident radiant energy q _p1 and q _p2 . We obtain the dependences of the readings of the HSE of the design of the PLE 19 from the magnitude of the intensity of radiant energy from the OP 3 and OP 4 incident from two sides on the sensitive planes of the PLE 19.

Таким образом, полученные зависимости можно представить в виде градуировочных таблиц или градуировочных кривых, однозначно отражающих связь эффекта на выходе ПЛЭ (показаний ТЧЭ ПЛЭ) с величиной интенсивности лучистой энергии от образцовых приборов, подводимой к чувствительным плоскостям ПЛЭ.Thus, the obtained dependences can be presented in the form of calibration tables or calibration curves that uniquely reflect the relationship of the effect at the output of the PLE (readings of the HFE of the PLE) with the intensity of the radiant energy from the reference devices supplied to the sensitive planes of the PLE.

Приведем расчетный пример применения устройства градуировки приемников лучистой энергии. В качестве конкретного конструктивного решения ПЛЭ можно взять, например устройство приведенное в /12/, конструкция которого включает два термочувствительных элемента.We give a calculated example of the use of a device for calibrating radiant energy receivers. As a specific constructive solution, the PLE can be taken, for example, the device shown in / 12 /, the design of which includes two heat-sensitive elements.

Размерности всех параметров в расчетном примере приведены в Международной системе единиц.The dimensions of all parameters in the calculation example are given in the International system of units.

Примем интервал рабочих температур для элементов устройства градуировки и ПЛЭ от 77 К (минимальная температура КЭ ТВК, обеспечиваемая подачей в полость КЭ жидкого азота) до 373 К (максимальная температура из-за ограничений, которые мы примем, например, на температуры элементов ПЛЭ).Let us take the operating temperature range for the elements of the graduation device and the PLE from 77 K (the minimum temperature of the TBE FE provided by the supply of liquid nitrogen to the CE cavity) to 373 K (the maximum temperature due to limitations that we will take, for example, on the temperatures of the elements of the PVE).

Положим, что в составе каждого ОП используют сферические полости для ИАЧТ 5 и 6. На внутренние поверхности стенок полостей 20 и 21 нанесено покрытие на основе черного пигмента СuО с коэффициентом излучения ε=0,9. Площадь окна s в стенке полости каждого ИАЧТ должна быть больше или равна площади чувствительной плоскости ПЛЭ, примем s равной 1,2·10^-3 м². Примем полную площадь S полости каждого ИАЧТ равной 0,7854 м², что соответствует диаметру полости, равному 0,5 м. Размещаем в ТВК два ОП, установленных на нитях подвеса на технологической подставке ТВК. ОП размещают так, чтобы окна ИАЧТ были расположены напротив друг друга на минимальном расстоянии, исключающем тепловой контакт ПЛЭ и нитей подвеса ПЛЭ с ОП.Suppose that in the composition of each OP, spherical cavities are used for AISI 5 and 6. On the inner surface of the walls of the cavities 20 and 21, a coating is applied based on the black pigment CuO with an emissivity ε = 0.9. The area of the window s in the wall of the cavity of each IAT should be greater than or equal to the area of the sensitive plane of the PLE, we take s equal to 1.2 · 10 ^-3 m ² . We take the total area S of the cavity of each IATI equal to 0.7854 m ² , which corresponds to the diameter of the cavity, equal to 0.5 m. We place in the TCE two OPs installed on the suspension threads on the technological support of the TCE. OPs are placed so that the windows of the IAMT are located opposite each other at a minimum distance, eliminating the thermal contact of the PLE and the filament suspension of the PLE with the OP.

В объеме между окнами ОП на нитях подвеса, параллельно плоскостям окон, устанавливают ПЛЭ так, чтобы чувствительные плоскости ПЛЭ "смотрели" в окна ОП.In the volume between the OP windows, on the suspension threads, parallel to the planes of the windows, a PLE is installed so that the sensitive PLE planes "look" into the OP windows.

Герметично закрывают ТВК, проверяют работу системы для измерения контролируемых параметров ОП и ПЛЭ.TCEs are tightly closed, the operation of the system is checked to measure the controlled parameters of the OP and PLE.

В качестве ДТ ОП используем платиновые ТС, стандартная градуировочная таблица для этих термометров приведена в /1, с.179/.As DT OD we use platinum TS, the standard calibration table for these thermometers is given in / 1, p. 179 /.

Затем начинаем процессы вакуумирования ТВК, положим до давленияThen we begin the processes of evacuation of TCEs, put up to pressure

в ТВК, равного 1,33·10^-3 Па, и охлаждения жидким азотом КЭ ТВК, положим до минимальной температуры на КЭ, равной 77 К, моделируя в ТВК условия, близкие к космическим, обеспечивающие радиационный характер внешней теплопередачи и рабочий режим работы теплоизолирующих устройств, используемых при градуировке.in a TCE equal to 1.33 · 10 ^-3 Pa, and cooling with a liquid nitrogen of a TBE TEC, we set up to a minimum temperature on a TEC equal to 77 K, simulating conditions close to space in the TCE, ensuring the radiation character of external heat transfer and the operating mode of heat-insulating devices used for graduation.

После чего начинаем процесс градуировки. При установившемся тепловом состоянии ОП и ПЛЭ, фиксируем начальное состояние по показаниям контролируемых параметров, например, получили T_п1≈77 К и Т_п2≈77 К для ОП, и фиксируемые ТЧЭ ПЛЭ температуры конструктивных элементов ПЛЭ.Then we begin the graduation process. In steady state thermal OP and PLE, fix the initial state of the controlled parameters indications, for example, received _n1 T K and T ≈77 ≈77 _n2 K for OD and fixed by TCE PLE PLE temperature structural elements.

Определяем полную испускательную способность для ИАЧТ из выражений (1) и (2), где в данном примере ε'₁=ε'₂ и для сферической полости определяем по формуле /6, с.96/:We determine the total emissivity for the AISI from expressions (1) and (2), where in this example ε ' ₁ = ε' ₂ and for a spherical cavity we determine by the formula / 6, p. 96 /:

Подставляем в (3) принятые значения для ε, s, S и определяемWe substitute the accepted values for ε, s, S in (3) and determine

Из (1) и (2) получаем для начального состояния:From (1) and (2) we obtain for the initial state:

- для одного образцового прибора- for one reference device

q_п1=ε'₁·σ·T⁴ _п1=0,99983·5,67·10^-8·77⁴=1,99 Вт/м²;q _n1 = ε _'1 · σ · T ⁴ _n1 = 0.99983 · 5.67 · 10 ^-8 · 77 ⁴ = 1.99 W / m ^2;

- для другого образцового прибора- for another reference device

q_п2=ε'₂·σ·Т⁴ _п2=0,99983·5,67·10^-8·77⁴=1,99 Вт/м².q _n2 = ε _'2 · σ · T ⁴ _n2 = 0.99983 · 5.67 · 10 ^-8 · 77 ⁴ = 1.99 W / m ^2.

Регулируя мощности тепловыделения ЭН ОП, изменяем температуры стенок полостей ИАЧТ, с предварительно выбранным шагом по температуре этих полостей ΔT_п1 и ΔТ_п2, фиксируем показания ДТ 7 T_п1 и ДТ 8 Т_п2, и из выражений (1) и (2) определяем величины интенсивности падающей лучистой энергии на чувствительные плоскости ПЛЭ, однозначно соответствующие фиксируемым ТЧЭ температурам ПЛЭ. Зафиксировав T_п1 полости ИАЧТ 5 для ОП 3, затем изменяем температуру полости ИАЧТ 6 для ОП 4, начиная с Т_п2=T_п1, с выбранным шагом ΔТ_п2 до максимальной температуры, в данном примере до Т_п2=373 К.By adjusting the power of heat generation of the electromotive force, we change the temperature of the walls of the cavities of the IATI, with a pre-selected step in terms of the temperature of these cavities ΔT _p1 and ΔT _p2 , we record the readings of DT 7 T _p1 and DT 8 T _p2 , and from expressions (1) and (2) we determine the values the intensity of the incident radiant energy on the sensitive planes of the PLE, which uniquely corresponds to the fixed TEC temperatures of the PLE. Fixing T _n1 cavity IACHT 5 to OP 3, and then change the temperature of the cavity 6 for IACHT OP 4, starting from T = T _{n1 n2,} with _n2? T selected increments to a maximum temperature, in this example, to T = 373 K. _n2

Так, например, при установившемся состоянии системы, зафиксировав для ОП 3 T_п1=100 К и Т_п2=120 К, для ОП 4, из выражений (1) и (2) определяем величины плотности падающего излучения q_п1=5,67 Вт/м и q_п2=11,76 Вт/м² на чувствительные плоскости ПЛЭ. Лучистая энергия q_п1 и q_п2 частично поглощается конструкцией ПЛЭ, нагревая конструктивные элементы ПЛЭ до температур, фиксируемых ТЧЭ ПЛЭ, зависящих от величин q_п1 и q_п2, а также от теплофизических, геометрических и оптических характеристик конкретного ПЛЭ.So, for example, in the steady state of the system, fixing for OP 3 T _p1 = 100 K and T _p2 = 120 K, for OP 4, from expressions (1) and (2) we determine the values of the incident radiation density q _p1 = 5.67 W / m and q _p2 = 11.76 W / m ² on the sensitive planes of the PLE. The radiant energy q _p1 and q _{p2 is} partially absorbed by the design of the PLE, heating the structural elements of the PLE to temperatures fixed by the HSE of the PLE, depending on the values of q _p1 and q _p2 , as well as on the thermophysical, geometric and optical characteristics of the particular PLE.

Продолжая таким же образом, получаем зависимости величины интенсивности лучистой энергии q_п1 и q_п2 от ОП 3 и ОП 4, падающей с двух сторон на ПЛЭ, от показаний ТЧЭ ПЛЭ.Continuing in the same way, we obtain the dependences of the radiant energy intensity q _p1 and q _p2 on the OP 3 and OP 4 falling from two sides on the PLE, on the readings of the HSE of the PLE.

Таким образом, полученные зависимости можно представить в виде градуировочных таблиц или градуировочных кривых, однозначно отражающих связь температуры конструктивных элементов ПЛЭ (по показаниям ТЧЭ ПЛЭ) с величиной лучистой энергии, подводимой к чувствительным плоскостям ПЛЭ от образцовых приборов.Thus, the obtained dependences can be represented in the form of calibration tables or calibration curves that uniquely reflect the relationship of the temperature of the structural elements of the PLE (according to the readings of the HSE of the PLE) with the value of the radiant energy supplied to the sensitive planes of the PLE from standard devices.

Применение предлагаемой конструкции устройства градуировки приемников лучистой энергии позволяет:Application of the proposed design of the device for calibrating radiant energy receivers allows you to:

1) определить соответствие двух потоков лучистой энергии, одновременно падающих с двух сторон на конструкцию ПЛЭ, температурам конструктивных элементов ПЛЭ;1) determine the correspondence of two streams of radiant energy, simultaneously falling from two sides on the design of the PLE, the temperatures of the structural elements of the PLE;

2) представить полученные зависимости в виде градуировочных таблиц или градуировочных кривых, однозначно отражающих связь эффекта на входе ПЛЭ, т.е. величины интенсивности лучистой энергии от образцовых приборов, с показаниями термочувствительных элементов ПЛЭ на выходе;2) present the obtained dependencies in the form of calibration tables or calibration curves that uniquely reflect the relationship of the effect at the input of the PLE, i.e. the magnitude of the intensity of radiant energy from exemplary devices, with the readings of thermosensitive elements of the PLE at the output;

3) достигнуть высокой точности замеров при градуировке, благодаря использованию эталонных источников излучения на основе имитаторов абсолютно черного тела, а также использованию высокоточных платиновых термометров сопротивления;3) to achieve high accuracy of measurements during calibration, thanks to the use of reference radiation sources based on absolutely black body simulators, as well as the use of high-precision platinum resistance thermometers;

4) проводить градуировку приемников лучистой энергии в условиях, максимально близких к рабочим, благодаря использованию в устройстве тепловакуумной камеры, моделируя в ней условия, близкие к космическим, обеспечивающие радиационный характер внешней теплопередачи и рабочий режим работы теплоизолирующих устройств, используемых при градуировке.4) to calibrate radiant energy receivers in conditions as close to working conditions as possible, by using a thermal vacuum chamber in the device, simulating conditions close to space in it, providing the radiation character of external heat transfer and the operating mode of the heat-insulating devices used for calibration.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Физические величины. Справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.1. Physical quantities. Handbook Ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. M .: Energoatomizdat, 1991.

2. С.А.Спектор. Электрические измерения физических величин. Методы измерений. Ленинград. Энергоатомиздат.Ленинградское отделение, 1987.2. S.A. Spector. Electrical measurements of physical quantities. Measurement Methods. Leningrad. Energoatomizdat. Leningrad Branch, 1987.

3. Приборы для измерения температуры контактным способом. Справочник под ред. Р.В.Бычковского. Львов. Изательство при Львовском государственном университете издательского объединения "Вища школа", 1979.3. Devices for measuring temperature by contact. Handbook Ed. R.V. Bychkovsky. Lviv The publishing house at the Lviv State University of the Vishka Shkola Publishing Association, 1979.

4. Я.Вепшек. Измерение низких температур электрическими методами. Под ред. М.П.Орловой. Москва: "Энергия", 1980.4. I. Vepshek. Measurement of low temperatures by electrical methods. Ed. M.P. Orlova. Moscow: "Energy", 1980.

5. О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1982.5. O. B. Andreychuk, N. N. Malakhov. Thermal tests of spacecraft. M .: Engineering, 1982.

6. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Советское радио, 1978.6. Kriksunov L.Z. Guide to the basics of infrared technology. M .: Soviet radio, 1978.

7. Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды. Под ред. акад. Г.И.Петрова. М.: Машиностроение, 1971.7. Modeling of the thermal conditions of the spacecraft and its environment. Ed. Acad. G.I. Petrova. M .: Mechanical Engineering, 1971.

8. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983.8. Physical encyclopedic dictionary. M .: Soviet Encyclopedia, 1983.

9. М.А.Михеев, И.М.Михеева. Основы теплопередачи, Москва: Энергия, 1973.9. M.A. Mikheev, I.M. Mikheeva. Fundamentals of heat transfer, Moscow: Energy, 1973.

10. ГОСТ 6309-93 "Нитки швейные хлопчатобумажные и синтетические. Технические условия".10. GOST 6309-93 "Sewing cotton and synthetic threads. Technical conditions."

11. ГОСТ 8325-93 "Нити стеклянные крученые комплексные. Технические условия".11. GOST 8325-93 "Complex glass twisted yarns. Technical conditions".

12. Патент RU 2353923. Изобретения 2009, бюл. №12.12. Patent RU 2353923. Inventions 2009, bull. No. 12.

Claims (3)

1. Устройство градуировки приемников лучистой энергии, состоящее из тепловакуумной камеры, имитирующей факторы космического пространства, внутри которой на технологической подставке на нитях подвеса размещены экранируемые со всех сторон криогенными экранами два образцовых прибора, каждый из которых включает имитатор абсолютно черного тела и систему терморегулирования стенки полости этого имитатора, включающую электронагреватель и датчик температуры, установленные на стенке полости имитатора, и экранно-вакуумную теплоизоляцию, закрывающую внешнюю поверхность стенки полости имитатора, кроме окна в стенке полости имитатора; окна имитаторов абсолютно черного тела расположены напротив друг друга; в объеме между окнами, на нитях подвеса, размещен приемник лучистой энергии, чувствительные плоскости которого параллельны плоскостям окон, на расстоянии, исключающем тепловой контакт приемника лучистой энергии с образцовыми приборами.1. A device for calibrating radiant energy receivers, consisting of a thermal vacuum chamber simulating space factors, inside of which on the technological support on the suspension threads are placed two exemplary devices shielded from all sides by cryogenic screens, each of which includes a black body simulator and a cavity wall temperature control system of this simulator, including an electric heater and a temperature sensor mounted on the wall of the cavity of the simulator, and screen-vacuum thermal insulation, yvayuschuyu outer wall surface of the cavity of the simulator, except windows in the wall of the cavity of the simulator; windows of simulators of an absolutely black body are located opposite each other; in the volume between the windows, on the suspension threads, a radiant energy receiver is placed, the sensitive planes of which are parallel to the planes of the windows, at a distance that excludes the thermal contact of the radiant energy receiver with standard devices. 2. Устройство градуировки приемников лучистой энергии по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика температуры использован термометр сопротивления платиновый или медный.2. The device for calibrating radiant energy receivers according to claim 1, characterized in that a platinum or copper resistance thermometer is used as a temperature sensor. 3. Устройство градуировки приемников лучистой энергии по п.1, отличающееся тем, что стенка полости имитатора абсолютно черного тела выполнена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. 3. The device for calibrating radiant energy receivers according to claim 1, characterized in that the wall of the cavity of the simulator of a black body is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity.