Finestre di osservazione

Per il rilevamento delle temperature si può pensare di utilizzare un pirometro ad infrarossi, usato spesso in casi di questo tipo (oggetti incandescenti in vuoto) visto che non ha bisogno di essere a contatto con l’oggetto e non richiede un mezzo meccanico posto fra strumento di misura e componente da misurare. Si è quindi pensato, visto che l’accesso visivo al catodo è reso possibile per le rilevazioni termiche, di provare a misurare le deformazioni della faccia frontale del catodo utilizzando anche in questo caso un sistema di visione: con un dispositivo ottico come una fotocamera, ponendosi lungo una direzione radiale in modo da allinearsi col bordo del catodo, sarebbe possibile valutare la deformazione progressiva in direzione assiale.

Per avere la possibilità di eseguire questi esperimenti bisogna accedere all’interno della camera usando delle finestre di osservazione posizionate alla fine del canale (per l’osservazione della temperatura in senso assiale) e sulla transizione del coperchio della camera (per la misura di temperatura e deformazione in senso radiale).

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In Figura 4.12 sono mostrate le flange da cui è stata eseguita la misura e la vista che si ha sull’oggetto.

Figura 4.12: nella parte alta della foto si possono osservare i posizionamenti del pirometro per l’osservazione della temperatura nelle due direzioni indicate, mentre sotto si notano i corridoi di visione creati per accedere al catodo.

Il Kodial® è un particolare tipo di vetro trasparente alle radiazioni infrarosse e nel campo del visibile; la finestra di osservazione in senso radiale che si collega alla transizione è realizzata con una flangia in Acciaio del tipo CF40 per consentire la tenuta del vuoto, già presente in commercio, mentre la quella per l’osservazione in senso assiale è una CF100, anch’essa normata.

In Figura 4.13 si può osservare che per collegare la finestra di osservazione alla transizione in Alluminio si è fatto uso di un componente aggiuntivo: è stato usato un otturatore (“shutter”) per evitare che la sublimazione dei componenti metallo o l’emissione di eventuali contaminanti dalle superfici degli oggetti ad alta temperatura (gli oggetti che si scaldano fino ad essere incandescenti in vuoto possono sublimare, le particelle emesse vanno ad attaccarsi alle zone più fredde della camera) possa sporcare il vetro falsando le letture della temperatura effettuate con un pirometro. Per prevenire che le temperature troppo elevate danneggiassero le parti in Alluminio o rendessero difficoltosa la chiusura dell’otturatore per via delle deformazioni termiche dei

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componenti si è provveduto a raffreddare precauzionalmente l’esterno della camera con dei getti d’aria compressa.

Le finestre di osservazione vanno verificate prima dell’utilizzo: si osserva col pirometro una lampadina ad incandescenza: il filamento in Tungsteno raggiunge valori di temperatura di circa 22002300°C. Se dopo aver interposto tra pirometro e lampadina la finestra si legge un valore di temperatura che si discosta dal primo di 1020°C, il vetro è pulito e si può procedere alla misura.

Figura 4.13: dettaglio della finestra di osservazione in Kodial® montata dopo l’otturatore per garantire la pulizia del vetro anche durante le prove con gli oggetti ad alta temperatura.

Per consentire di poter montare e operare agevolmente con l’otturatore, si è evitato di collocarlo in contatto diretto con la transizione in Alluminio e si è inserita una flangia (sempre CF40) opportunamente lavorata che funga da distanziale. Per collegare tra loro i vari elementi si usano dei collegamenti filettati: per evitare di rovinare i filetti sull’Alluminio (che sono meno resistenti di quelli sull’Acciaio) si è pensato non usare viti, ma tagliare delle barre filettate da inserire nella transizione come prigionieri; il distanziale, l’otturatore e la finestra sono realizzati tutti con flange normate CF40 e possono essere infilate nei prigionieri e fissate semplicemente con dei dadi. Per garantire la tenuta in tutte le zone di transizione fra due elementi viene inserita una guarnizione in Teflon (l’uso di guarnizioni in Rame non è possibile perché occorrerebbe un’eccessiva pressione per accoppiare le flange, cosa che distruggerebbe le filettature sull’Alluminio, mentre è utilizzabile se i collegamenti filettati sono in Acciaio, come sulla flangia CF100).

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Le flange normate di tipo CF hanno un dente che si appoggia direttamente sulla guarnizione, deformandola ed evitando quindi perdite o passaggio di aria.

Un ulteriore sottosistema che sarà collegato al forno di alte temperature assieme alla finestra (camera da vuoto usata specificamente per test termici) è il sistema di supporto per la fotocamera che servirà a misurare le eventuali deformazioni assiali. È formato da una flangia che si inserisce nelle stesse barre filettate che servono al collegamento della finestra in Kodial®: i sei fori lamati consentono l’alloggiamento dei dadi di fissaggio e sulla faccia inferiore sono collegate due barre M12 che servono a fare scorrere la tavola di supporto in verticale; tutto è bloccato con dei dadi.

Figura 4.14: sistema di supporto per i dispositivi ottici per la misura delle deformazioni.

Sulla tavola di supporto vengono fissati, attraverso delle guide che ne consentono lo spostamento, due componenti in Alluminio che servono all’alloggiamento del dispositivo ottico: stringendo viti e dadi si può garantire la rigidezza del sistema che consente di effettuare i rilevamenti in modo preciso. Per prevenire che le deformazioni elastiche del sistema compromettano la buona riuscita delle misure, tutti i pezzi sono stati fatti con piatti di Alluminio spessi da 10 mm in su, in modo da essere sicuri che il sistema mantenga la sua forma iniziale anche se sottoposto a sforzi esterni (come può essere l’azione di premere i pulsanti della fotocamera per scattare se non si dispone di un controllo remoto).

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