CN101144739A - 一种高温材料黑体辐射发射率的测试原理及方法 - Google Patents

Abstract

一种高温材料黑体辐射发射率的测试方法，具体步骤为：A.黑体辐射发射率参考值ε的确定：取被测材料某一温度下(如室温)的黑体辐射发射率或取同类材料的黑体辐射发射率值作为黑体辐射发射率参考值，通过查阅相关资料确定；B.采用热电偶测量材料实际温度T₀℃；C.在测试过程中，在接近黑体辐射发射率参考值ε₀的范围内分别取ε₁，ε₂，ε₃，ε₄，ε₅，用红外测温仪测得对应的温度T₁，T₂，T₃，T₄，T₅，绘制曲线T－ε；D.则曲线T－ε与T＝T₀交点所对应的黑体辐射发射率值ε₀就是材料在温度T₀时的黑体辐射发射率值；E.重复2，3，4步骤，取测试结果的平均值即为材料黑体辐射发射率值。本发明方法具有操作方便、成本低等优点，尤其适合于测试金属材料在高温时(600℃以上)的黑体辐射发射率。

Description

一种高温材料黑体辐射发射率的测试原理及方法

技术领域

本发明属于高温材料黑体辐射发射率的一种测试方法，特别涉及材料在高温条件下的测试。

背景技术

材料的黑体辐射发射率在红外测温时是一个非常重要的参数，黑体辐射发射率的准确性直接影响红外测温的精度。红外测温是利用物体的热辐射现象来测量物体温度的一种方法，目前资料介绍的关于材料黑体辐射发射率的有关数值都在200℃以下的温度范围，而对于高温时的材料黑体辐射发射率的有关数据及测试方法则无法或很难进行测量，本发明专利就是基于以上技术需求而提出来的。

利用红外测温仪测温的基本原理是直接测试材料的辐射能，然后通过黑度辐射定律及测试前输入的黑体辐射发射率，最终计算并读出发热体温度T，黑体辐射定律为：W＝CεσT⁴，其中W为总的辐射通量密度(W/cm²)；ε为黑体辐射发射率(发射率)；σ为玻尔兹曼常数(W·cm^-2·K^-4)；C为比例系数，在用红外测温仪测温时，必须在测试前先输入材料的参考黑体辐射发射率，由总的辐射通量密度计算式可知所输入的参考黑体辐射发射率值将直接影响最终读出的测试温度值T。而用热电偶测温时可以直接读出材料的实际温度T₀，通过不断修正所输入的黑体辐射发射率参考值，最终使T和T₀基本相等，此时的黑体辐射发射率参考值就非常接近实际的黑体辐射发射率值。

在测试时具体采用如下方案：由于在一定的温度下材料的辐射能是一定的，根据黑体辐射定律：W＝CεσT⁴，可以计算材料在某温度下的黑体辐射发射率，即：

$W=C{\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\σ}{T}_0^4=\mathrm{C\ϵ\σ}{T}^4---\left(1\right)$

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温材料黑体辐射率的测试方法，以提高红外测温的精度。

采用的技术方案是：

一种高温材料黑体辐射发射率的测试方法，具体步骤如下：

(1)黑体辐射发射率参考值ε的确定：取被测材料某一温度下(如室温)的黑体辐射发射率或取同类材料的黑体辐射发射率值作为黑体辐射发射率参考值，通过查阅相关资料确定；

(2)采用热电偶测量材料实际温度T₀(℃)；

(3)在测试过程中，在接近黑体辐射发射率参考值ε₀的范围内分别取ε₁,ε₂，ε₃，ε₄，ε₅,用红外测温仪测得对应的温度T₁,T₂,T₃,T₄,T₅，绘制曲线T-_ε；

(4)则曲线T-_ε与T＝T₀交点所对应的黑体辐射发射率值ε0就是材料在温度T₀时的黑体辐射发射率值；

(5)重复2，3，4步骤，取测试结果的平均值即为材料黑体辐射发射率值；

本发明的原理：

根据式(1)可以看出，根据黑体辐射定律，采用红外测温仪测量温度时，需要输入材料黑体辐射发射率ε。当预设的黑体辐射发射率ε大于实际的黑体辐射发射率ε₀时，采用红外测温仪的温度测量值T小于实际温度值T₀，反之，当预设的黑体辐射发射率ε小于实际的黑体辐射发射率ε₀时，采用红外测温仪的温度测量值大于实际温度值，即：如果ε>ε₀，则T<T₀；如果ε<ε₀，则T>T₀，显然当T＝T₀，则ε＝ε₀。这就是本文提出的测量材料在不同温度下的黑体辐射发射率的基本原理。

在实验测试过程中，连续地改变预设的黑体辐射发射率值，测得的某一温度下的一系列黑体辐射发射率和对应的红外测温值做出曲线，则实际温度和红外测温曲线的交点所对应的黑体辐射发射率ε₀值即为实际的黑体辐射发射率值。

本发明的优点是：

(1)本发明采用红外测温仪和热电偶相比较的方法测试材料不同温度下的黑体辐射发射率，根据黑体辐射定律和红外测温仪测温的基本原理确定的黑体辐射发射率测量方法，可以测量材料高温黑体辐射发射率，该方法具有操作方便、成本低等优点；

(2)本文测试黑体辐射发射率的方法适合于任意温度下的金属材料，也适合于非金属材料，尤其适合于测试金属材料在高温时(600℃以上)的黑体辐射发射率。

附图说明

图1为本发明试样尺寸与测试方法示意图。

图2为黑体辐射发射率测试结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，圆柱形试样径向分别开有两个孔1、2，分别用红外测温仪和热电偶测量试样中轴线位置的温度，图中两个孔1、2的中心距小于10mm，本发明材料黑体辐射发射率测试方法，具体实施方案如下：

图1所示为测试试样尺寸，圆柱形试样径向分别开有两个孔1、2，分别用红外测温仪和热电偶测量试样中轴线位置的温度。

对于TC11钛合金材料，在实验过程中，红外测温仪的黑体辐射发射率从0.5到0.6之间连续地改变，在1050℃时测得的一系列黑体辐射发射率ε和对应的红外测温值T，做出曲线见图2，则实际温度和红外测得温度曲线的交点所对应的黑体辐射发射率ε₀值即为实际的黑体辐射发射率值。根据测得结果，得到实际温度线与红外测温线交点时的黑体辐射发射率为0.610，则TC11钛合金在1050℃时的黑体辐射发射率为0.610。

本文测试黑体辐射发射率的方法适合于任意温度下的金属材料，也适合于非金属材料，尤其适合于测试金属材料在高温时(600℃以上)的黑体辐射发射率。

Claims (1)

1.一种高温材料黑体辐射发射率的测试方法，其特征在于具体步骤如下：

A、黑体辐射发射率参考值ε的确定：取被测材料某一温度下(如室温)的黑体辐射发射率或取同类材料的黑体辐射发射率值作为黑体辐射发射率参考值，通过查阅相关资料确定；

B、采用热电偶测量材料实际温度T₀℃；

C、在测试过程中，在接近黑体辐射发射率参考值ε₀的范围内分别取ε₁，ε₂，ε₃，ε₄，ε₅，用红外测温仪测得对应的温度T₁，T₂，T₃，T₄，T₅，绘制曲线T-ε；

D、则曲线T-ε与T＝T₀交点所对应的黑体辐射发射率值ε₀就是材料在温度T₀时的黑体辐射发射率值；

E、重复2，3，4步骤，取测试结果的平均值即为材料黑体辐射发射率值。

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