лабораторная печь для оптических исследований

Формула изобретения

1. Лабораторная печь для оптических исследований, содержащая футерованный корпус с размещенными в нем нагревателем, муфелем и двумя окнами, отличающаяся тем, что нижнее окно выполнено в виде прозрачного цилиндрического стержня, установленного внутри муфеля с возможностью осевого перемещения для обеспечения прохождения направленного светового потока через исследуемый образец.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала стержня используют кварцевое стекло.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к научно-исследовательской и лабораторной аппаратуре и предназначено для осуществления и исследования высокотемпературных процессов оптическими приборами и может найти применение в исследовательских лабораториях.

Известна лабораторная печь для оптических исследований, содержащая кварцевую трубу с экраном в виде полупрозрачной металлической пленки, нанесенной на ее внутреннюю поверхность, нагреватель и токоподводы, в которой пленка подсоединена к токоподводам (А.С. SU 1272078 А1, кл. F 27 В 17/02, опубл. 23.11.86. Бюл. 43).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится затрудненное визуальное наблюдение за исследуемым образцом, связанное с тем, что полупрозрачная металлическая пленка ослабляет световой поток, проходящий через нее.

Наиболее близкой является электропечь для лабораторных исследований, содержащая футерованный корпус с дверцей и размещенными в нем нагревателем и муфелем, снабженная смонтированными в дверце печи и ее задней стенке втулками с установленными в них на одной оптической оси окнами, выполненными в виде двух пар прозрачных пластин, закрепленных в оправах, наружные и внутренние поверхности которых имеют соответственно впадину и выпуклость (А.С. SU 1237886 А1, кл. F 27 В 17/02, опубл. 15.06.86. Бюл. 22).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность визуального наблюдения образца из сыпучего малопрочного материала, например формовочной или стержневой смеси, и сложность конструкции окон.

Задачей предлагаемого технического решения является создание конструкции лабораторной печи для оптических исследований, обеспечивающей возможность визуального наблюдения образца из сыпучего малопрочного материала, например формовочной или стержневой смеси, и прохождения направленного светового потока через исследуемый образец.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой лабораторной печи для оптических исследований, является упрощение конструкции печи и улучшение условий визуального наблюдения внутрипечных процессов в проходящем свете.

Поставленный технический результат достигается тем, что в лабораторной печи для оптических исследований, содержащей футерованный корпус с размещенными в нем нагревателем, муфелем и двумя окнами, нижнее окно выполнено в виде прозрачного цилиндрического стержня, установленного внутри муфеля с возможностью осевого перемещения для обеспечения прохождения направленного светового потока через исследуемый образец.

Причем в качестве материала стержня используют кварцевое стекло.

Наличие в муфеле двух окон, нижнее из которых выполнено в виде прозрачного цилиндрического стержня с возможностью осевого перемещения внутри муфеля, позволяет поместить исследуемый образец непосредственно на нижнем окне. Такое расположение исследуемого образца обеспечивает возможность визуального наблюдения образца из сыпучего малопрочного материала, например формовочной или стержневой смеси, в проходящем свете. Это достигается тем, что исследуемый образец равномерно распределяется по поверхности нижнего окна.

Возможность осевого перемещения нижнего окна внутри муфеля позволяет использовать для визуального наблюдения за процессами, происходящими в исследуемом образце, короткофокусные оптические приборы без существенного теплового воздействия на них.

Применение в качестве материала прозрачного цилиндрического стержня кварцевого стекла позволяет улучшить условия визуального наблюдения внутрипечных процессов в проходящем свете. Это достигается тем, что кварцевое стекло является материалом с направленным пропусканием светового потока, т. е. не преломляет и не отражает проходящий через него свет. Данное свойство используемого материала дает возможность избежать искажения и отблески в исследуемом образце. Также использование кварцевого стекла, имеющего температуру плавления 1713-1720^oС, в качестве материала стержня позволяет проводить исследования в широком интервале температур, не опасаясь оплавления нижнего окна.

Такое решение позволяет улучшить условия визуального наблюдения исследуемого образца в проходящем свете, увеличить интервал температур исследования, а также уменьшить тепловое воздействие на располагаемые над верхним окном лабораторной печи короткофокусные оптические приборы, необходимые для визуального наблюдения за процессами, происходящими в исследуемом образце.

На фиг.1 изображена лабораторная печь для оптических исследований, продольный разрез, на фиг. 2 представлены фотографии, фиксирующие изменения, произошедшие в жидкостекольной смеси при различных температурах ее прогрева, полученные с помощью предлагаемой печи.

Печь содержит муфель 1, который помещен в металлический корпус 2. Для уменьшения тепловых потерь и увеличения КПД печи муфель 1 окружен многослойной футеровкой 3. Муфель 1 выполнен из алунда или другого высокоогнеупорного материала. Многослойная футеровка 3 состоит из слоя обожженной глины и слоя асбестовой изоляции. Вокруг муфеля 1 в поперечном направлении размещена в два слоя нагревательная спираль 4, которая позволяет разогревать рабочее пространство печи до 1100^oС. Между витками нагревательной спирали 4 находится электроизоляционный теплопроводный слой 5, в качестве материала этого слоя может быть использована смесь циркона с обожженной глиной. Этот слой предназначен для предотвращения замыкания витков спирали между собой и не препятствует прохождению теплового потока от нагревательной спирали 4 в рабочее пространство печи. Для контроля температуры в печи расположена термопара 6 хромель - алюмель. На чертеже также показан световой поток А, проходящий через выполненные внутри муфеля нижнее 7 и верхнее 8 окна и нагреваемый исследуемый образец 9, расположенный непосредственно на нижнем окне 7. Верхнее окно 8 представляет собой отверстие в муфеле 1, над которым располагаются оптические приборы, необходимые для визуального наблюдения за исследуемым образцом 9. Нижнее окно 7 выполнено в виде прозрачного цилиндрического стержня, установленного внутри муфеля, с возможностью осевого перемещения. В качестве материала стержня используют кварцевое стекло, которое является материалом с направленным пропусканием светового потока, т.е. не преломляет и не отражает проходящий через него свет, а из-за высокой температуры плавления 1713-1720^oС позволяет расположить его внутри муфеля 1. Возможность осевого перемещения нижнего окна 7 внутри муфеля 1 позволяет использовать для визуального наблюдения за исследуемым образцом 9 короткофокусные оптические приборы, расположенные над верхним окном 8 и уменьшить тепловое воздействие на них.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения от трансформатора на нагревательную спираль 4 происходит ее нагрев. Тепло, выделяемое нагревательной спиралью 4, при прохождении по ней тока передается через муфель 1 в рабочее пространство печи, нагревая исследуемый образец 9. Использование двухслойной нагревательной спирали 4 позволяет обеспечить быстрый нагрев исследуемого образца 9 (для разогрева исследуемого образца 9 от комнатной температуры до температуры 1100^oС необходимо 7-10 минут). Изменяя величину тока, подаваемого на нагревательную спираль 4, можно регулировать скорость нагрева и охлаждения исследуемого образца 9, обеспечивая температурные режимы, необходимые для конкретных исследований. Прохождение светового потока А через нижнее окно 7, выполненное из прозрачного цилиндрического стержня, установленного внутри муфеля 1 с возможностью осевого перемещения, исследуемый образец 9, установленный непосредственно на нижнем окне 7, и верхнее окно 8 позволяет вести визуальное наблюдение за процессами, происходящими в исследуемом образце 9, с помощью короткофокусной оптики 100-150-кратного увеличения, расположенной над верхним окном 8. Применение в качестве материала стержня кварцевого стекла позволяет при прохождение светового потока А избежать искажений и отблесков в исследуемом образце 9. Это достигается тем, что кварцевое стекло является материалом с направленным пропусканием светового потока, т.е. не преломляет и не отражает проходящий через него свет.

С помощью предлагаемой лабораторной печи для оптических исследований были проведены исследования процессов, происходящих при нагреве и охлаждении жидкостекольной смеси. Над верхним окном 8 предлагаемой печи устанавливалась короткофокусная бинокулярная лупа МБС-9 с подсоединенной видеокамерой. Внутри муфеля 1 лабораторной печи, на нижнем окне 7, размещался исследуемый образец 9 из жидкостекольной смеси. Включалось освещение и подавалось напряжение на нагревательную спираль 4. Изменение температуры фиксировалось с помощью термопары 6 хромель - алюмель. Одновременно с этим включалась на запись видеокамера, которая фиксировала изменения, происходящие в жидкостекольной смеси. На фиг.2 представлены фотографии жидкостекольной смеси при температурах 50, 750, 850 и 1000^oС.

Таким образом, благодаря размещению исследуемого образца 9 непосредственно на нижнем окне 7 (выполнение нижнего окна 7 из прозрачного цилиндрического стержня, в качестве материала которого используют кварцевое стекло, являющееся материалом с направленным пропусканием светового потока) и возможности осевого перемещения нижнего окна 7 внутри муфеля 1 удалось улучшить условия визуального наблюдения внутрипечных процессов в проходящем свете.

Применение же в предлагаемой лабораторной печи для оптических исследований верхнего 8 и нижнего 7 окон, причем нижнее окно 7 выполнено в виде прозрачного цилиндрического стержня, в качестве материала которого используют кварцевое стекло, упрощает конструкцию печи.