CN101451887A - 具防止热对流机制的辐射标准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具防止热对流机制的辐射标准装置，其主要包括有一黑体炉以及一气压调整单元。该黑体炉具有一炉穴，该气压调整单元与该黑体炉相连接，该气压调整单元可根据该炉穴与外部环境的温度差异调节炉穴开口的压力。本发明利用该气压调整单元控制炉穴出口处的气压变化，以阻绝黑体辐射源的炉体内部与外部环境的热对流，进而提供一个稳定的辐射标准源以供校正与测试服务。

Description

具防止热对流机制的辐射标准装置

技术领域

本发明涉及一种辐射标准装置，尤其涉及一种利用气压变化以防止热对流发生的一种具防止热对流机制的辐射标准装置。

背景技术

由于非接触式温度量测蓬勃发展，各类型产品诸如红外线热像仪、辐射温度计等，不断的推陈出新，带给世人无安全顾虑的便利，也是近几年来成长最快速的产业之一。由于只要是绝对零度以上的物体，都会发出热辐射，因此如何以非接触式温度量测到正确的温度，且作为有效的判断因子，并符合标准要求，是提升产品质量的重要课题。

目前非接触式红外线热像仪、辐射温度计，甚至SARS盛行所最倚靠的检测工具耳温枪，在温度量测上的校验都是利用标准黑体辐射源的。而当其标准黑体辐射源的温度低于室温时，由于气体对流效应，外界高于黑体温度的气体将会试图进入炉内进行热交换，并在炉壁产生水露，甚至炉温低于0℃更会有结霜或冰等伤害标准黑体辐射源的现象产生。反之，当标准黑体辐射源的温度高于室温时，由于气体对流效应，黑体炉内的高于外界温度的气体将会试图与炉外室温进行热交换，使得标准黑体辐射源会因为室温的气流与温度的浮动而造成炉温的漂移。因此如何使得标准黑体辐射源能防止热对流的现象，以提供一个高温度稳特性标准黑体辐射源，为非常重要的课题。

目前非接触式红外线温度计校验方式，大多利用一个穴型或面形辐射黑体源，进行不同种类温度计的校验。但是由于早期非接触式红外温度计，都是以使用在高温或不易接触的温度量测上使用。所以不管是使用穴型或面型的辐射黑体源的校正温度都在室温以上，因此并不会有使黑体炉与外界室温的热交换效应造成在炉壁上产生结露、霜或冰等产生。顶多产生一些水气于炉壁上，但是因为炉温与室温的温差也相差很多，所以此现象也因炉温够高，早已蒸发，因此不会造成此现象。只要炉温调整妥当，与稳定的室温达到热平衡，凭借着稳定的炉体控温，要产生一个稳定的黑体辐设标准源，绝非难事。

但是就在2003年的全球SARS风暴下，快速、且方便量体温的耳温枪，却成为很重要的检测体温的工具。因此，大家也开始去正视耳温枪的准确度与校正，而提供耳温枪校验的中低温用的黑体辐射源，也开始受到世界各国大量的去开发研究。如文献美国专利US.Pat.No.7,148,450中，即就是针对中低温黑体炉设计成干体式的手持模型。除此之外，回顾辐射黑体炉文献中，美国专利号US.Pat.No.5,265,958及5,756,992是提出非面型多源黑体源的概念。其中美国专利号US.Pat.No.5,265,958，就是提到使用数个块状的黑体源，利用设计好的孔洞板来形成具有多源的黑体源，可供热影像仪校正测试。另一个美国专利号US.Pat.No.5,756,992，它是利用一个黑体源，加上一个面镜与一个后面有涂一层金属的介电材料，使其单一热辐射透过面镜反射与介电材料的效应，可以形成多源的热辐射效果。而美国专利US.Pat.No.6,447,160就是一般目前商用辐射标准源最一般的穴型架构，就一些热辐射相关文献所提到的文章中，黑体源以穴型会比块形的热辐射稳定，而放射率也会较高。

不管是块状或穴型的辐射标准源，在前述的美国专利中都尚无有针对辐射标准源的防止热交换的相关专利。只有在中国台湾专利公告467271中揭露了一个将黑体炉11外壁、延伸管14与温度计16紧密结合，使得室温的空气无法靠近至辐射标准源的炉口以进入至辐射腔12内，进而产生热交换，如图1所示。不过由于量测距离会随各家厂牌的孔径不同使得量测距离也随之不同，所以在该技术中的延伸管14设计上需要配合不同的长度尺寸而有不同的设计，更增加设计的复杂性。另外，要让炉外壁、延伸管与温度计紧密结合也会增加设计上的困难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具防止热对流机制的辐射标准装置，其具有可以控制黑体炉穴口的气压的机制，以防止黑体炉的外部环境温度与黑体炉穴内的温度产生热对流现象，以维持黑体炉穴内温度，提升黑体炉的性能，更进一步的去提供一个更具高温度稳定特性的黑体辐射源，达到提供测试校正的需求。

在一实施例中，本发明提供一种具防止热对流机制的辐射标准装置，包括：一黑体炉，其内具有一炉穴；以及一气压调整单元，其与该黑体炉相连接，该气压调整单元可根据该炉穴与外部环境的温度差异调节炉穴开口的压力。

在另一实施例中，本发明提供一种具防止热对流机制的辐射标准装置，包括：一液体容置槽，其内容置有一液体；一黑体炉，其设置于该液体容置槽内，该黑体炉内具有一炉穴，其开口设置于该液体容置槽的一侧壁上；以及一气压调整单元，其与该黑体炉相连接，该气压调整单元可根据该炉穴与外部环境的温度差异调节炉穴开口的压力。

综合上述，本发明提供的具防止热对流机制的辐射标准装置，可以通过正压或负压的气幕维持黑体炉穴内的温度。因此可以满足业界检测或校正温度量测装置的需求，进而提高该产业的竞争力以及带动周遭产业的发展。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的辐射标准装置示意图；

图2为本发明具防止热对流机制的辐射标准装置第一实施例侧视示意图；

图3A为本发明的炉口压力调整部正视剖面示意图；

图3B为本发明的炉口压力调整部另一实施例示意图；

图4为本发明的档板沟槽与档板结合示意图；

图5A至图5C为本发明的档板各种实施例示意图；

图6A至图6B为本发明的具防止热对流机制的辐射标准装置第一实施例动作示意图；

图7为本发明具防止热对流机制的辐射标准装置第二实施例侧视示意图；

图8为本发明具防止热对流机制的辐射标准装置第三实施例侧视示意图；

图9为本发明具防止热对流机制的辐射标准装置第四实施例侧视示意图；

图10为本发明具防止热对流机制的辐射标准装置第五实施例侧视示意图。

其中，附图标记：

11-黑体炉

12-辐射腔

14-延伸管

16-温度计

2-辐射标准装置

20-黑体炉

  201-炉穴

  202-开口

21-气压调整单元

  210-炉口压力调整部

    2100-本体

    2101-开口

    2102-通孔

    2103-流道

    2104-喷嘴口

211-气体控制部

212-温度控制部

213-管材

214-流量控制部

  215-气体供应管

  216-炉口压力调整部

    2160-本体

    2161-开口

    2162-通孔

    2163-流道

2164-喷嘴口

22-档板沟槽

23、24、25-档板

  230、240、250-开孔

3-辐射标准装置

30-液体容置槽

  300-液体

  301-温度控制部

31-黑体炉

  310-炉穴

  311-开口

32-气压调整单元

  320-炉口压力调整部

  321-气体控制部

  322-管材

    3220-第一管段

    3221-第二管段

    3222-曲折结构

  323-绝热材料

  324-流量控制部

  325-气体供应管

33-档板沟槽

34-档板

90-外部环境

91、93-气幕

92、94-气流

具体实施方式

为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：

请参阅图2所示，该图为本发明的具防止热对流机制的辐射标准装置第一实施例侧视示意图。在本实施例中，该具防止热对流机制的辐射标准装置2具有一黑体炉20以及一气压调整单元21。该黑体炉20内具有一炉穴201，其一端具有一开口202。该气压调整单元21，其与该黑体炉20相连接，该气压调整单元21可根据该炉穴201与外部环境90的温度差异调节炉穴201的开口202的压力。

在本实施例中，该气压调整单元21还具有一炉口压力调整部210、一气体控制部211以及一温度控制部212。该炉口压力调整部210设置于黑体炉的开口位置处，其可产生正压或者是负压的屏幕效果，以杜绝外部环境90的气体与该炉穴201内气体产生热对流。如图3A所示，该图为本发明的炉口压力调整部正视剖面示意图。在本实施例中，该炉口压力调整部210的本体2100为一圆形，其中心区域具有一开口2101，其与图2中的炉穴开口202相连通。该本体2100外缘开设有多个通孔2102其可提供正压气流或者是负压气流通过。该通孔2102连通至一流道2103，其为一圆形流道，该流道2103更与多个喷嘴口2104相连通。该喷嘴口2104与该开口2101相连接，以提供气流通过。

在本实施例中，该通孔2102与该喷嘴口2104虽为多个，但实际的数量可为一个或其它的数量，这是根据实际上使用的需要而定，并不以本发明实施例所揭露的数目为限。另外，在图3A的实施例中，该炉口压力调整部210的本体2100虽然圆形，但实际上可以根据需求而改变该炉口压力调整部的形状。例如图3B所示，该图为本发明的炉口压力调整部另一实施例示意图。在本实施例中，该炉口压力调整部216具有一矩形本体2160，其中央区域具有一开口2161。同样地，在该矩形本体2160内分别具有多个通孔2162、流道2163以及多个喷嘴口2164。

再回到图2所示，该气体控制部211，其以管材213与该炉口压力调整部210的通孔2102(图3A所示)相连接，该气体控制部211可根据炉穴201内温度与黑体炉20外部环境温度的差异，选择吹气以供应该炉口压力调整部210气体以于炉口产生正压的气幕或者是抽气使该炉口压力调整部210产生负压气幕。该炉口压力调整部210可选择为一气体泵浦，具有加压吹气以及抽气的功能。请参阅图2所示，在本实施例中为该气体控制部211吹气产生正压气幕91的状态。

该温度控制部212，其与该气体控制部211相连接，该温度控制部212可以控制该气体控制部211产生气体的温度。该温度控制部212于该气体控制部211吹气时作动时，将气体控制部211所产生的气体加温至与该炉穴201内的温度相当，使黑体炉20不至于因为吹气而产生结露、霜或冰等现象，且也不会影响到其黑体炉的温度。该温度控制部211在实作上可将管材通过具有加热片或加热管的容器内，容器内容置有可吸热的液体或者是其它物质，使管材内部的气体加热。当然在现有技术中还有很多加热的方式，在此不作赘述。

另外，为了避免管材213内的气体温度受到外部环境90的温度影响，该管材213外部更被覆有保温材料以确保气体从温度控制部212导入该炉口压力调整部210时，气体温度并无受到室温影响而有偏差。此外，针对不同炉口的状态，本发明也可以利用流量控制部214来调节吸气或吹气的流量，以形成一个稳定且可靠的气幕。该流量控制部可为一节流阀或者是其它类似功能的电磁气阀元件，其为现有的技术，在此不作赘述。另外，如图2与图4所示，本发明在炉口压力调整部210上提供了一个档板沟槽22，即可以利用此结构外加不同孔径的档板23，来改变黑体炉的孔径大小，以配合校正测试时，不同种类的温度计的需求，例如：热像仪就需要较大的辐射源孔径，一般辐射温度计就以中等的尺寸即可，而耳温枪就需要较小的尺寸来做校正或测试。请参阅图5A至图5C所示，该图为本发明的档板各种实施例示意图。图5A的档板23为圆形档板，其具有一开孔230，该开孔230的孔径D大小可根据需求而定。此外，图5B以及图5C为矩形档板24与25，其中间的开孔可根据需要选择矩形开孔240或者是圆形开孔250。单然也可以是其它种形状的开孔，例如多边形等。档板形状与开孔形状可根据需求而定，并不以本发明为限。

请参阅图6A与图6B所示，该图为本发明的具防止热对流机制的辐射标准装置第一实施例动作示意图。其中图6A中为当炉穴201内的温度低于外部环境90的温度的作动情况。当炉穴201内温度低于外部环境90温度时，由于气体对流效应，外界高于黑体炉穴201内温度的气体将会试图进入炉穴201内进行热交换，并在炉壁产生水露，甚至炉温低于0℃更会有结霜或冰等伤害黑体炉的现象产生。此时，气体控制部211作动，产生气流经过管材213至该炉口压力调整部210而在炉穴201开口的位置处产生一气幕91，使得外部环境90欲进入炉穴201内进行热交换的气流92会被阻挡在炉穴201口之外，以达到维持黑体炉20内温度的效果。

反之，如图6B所示，当标准黑体辐射源的温度高于室温时，由于气体对流效应，黑体炉穴201内高于外部环境90温度的气体将会试图与炉穴外的外部环境90进行热交换，使得标准黑体炉20会因为室温的气流与温度的浮动而造成炉温的漂移。因此，该气体控制部211会进行吸气于炉穴201口产生一负压气幕93，以的阻绝炉穴201内部与外界室温的热交换，进而提供一个稳定的辐射标准源以供校正与测试服务。

请参阅图7所示，该图为本发明的具防止热对流机制的辐射标准装置第二实施例侧视示意图。在本实施例中，该黑体炉的结构基本上与图2相同。该气压调整单元21具有一气体供应管215、一气体控制部211、一温度控制部212以及一流量控制部214。该气体控制部211、温度控制部212以及流量控制部214的特征与前述相同，在此不作赘述。本实施例与图2的最大差异在于本实施例是通过该气体供应管与该黑体炉的一侧相连接且与该炉穴201相连通，使得气体供应管215可以供应由该气体控制部211所提供的气体进入该炉穴201内产生向炉穴开口202吹的气流，以阻止外部环境90的气体与该炉穴内的气体产生热对流。该气体供应管215的出口处为一喷嘴可以产生高速的气流。此外，在本实施例中，该气体供应管215的分支数量可以根据需求而定，并不以本发明图式中的数目为限。本发明在黑体炉20的炉穴开口202外壁上设置了一个档板沟槽22，即可以利用此结构外加不同孔径档板23，来改变黑体炉的孔径大小，以配合校正测试时，不同种类的温度计的需求。该档板23的设计如前所述，在此不作赘述。

接下来说明本发明图7的实施例动作，当炉穴201内的温度与外部环境90的温度有差异的情况下。由于气体对流效应，炉穴内的气体会与外部环境的气体将进行热交换，使得黑体炉产生温度不稳定的状况。此时，气体控制部211作动，产生气体经过该气体供应管路215再通过该气体供应管路的出口端产生气流94向外部环境喷出，使得外部环境90欲进入炉穴201内进行热交换的气体会被阻挡在炉穴201口之外，以达到维持黑体炉20内温度的效果。

请参阅图8所示，该图为本发明的具防止热对流机制的辐射标准装置第三实施例侧视示意图。在本实施例中，该具防止热对流机制的辐射标准装置3具有一液体容置槽30、一黑体炉31以及一气压调整单元32。该液体容置槽30内具有一液体300，其可根据黑体炉31的工作温度需求而选择适当的液体，例如：黑体炉31的工作温度在常温下的情况下，则可以选择为水，但不以此为限。另外，该液体容置槽30更连接有一温度控制部301，其可控制该液体容置槽30的液体温度，进而控制该黑体炉31的温度。该温动控制部301具有电热管或者是电热片等加热元件以加热该液体300。该黑体炉31设置于该液体容置槽30内且与该液体300保持热平衡的状态，该黑体炉31内具有一炉穴310，其开口311设置于该液体容置槽30的一侧壁上。

该气压调整单元32，其与该黑体炉31相连接，该气压调整单元32可根据该炉穴与外部环境的温度差异调节炉穴开口的压力。在本实施例中，该气压调整单元32具有一炉口压力调整部320以及一气体控制部321。该炉口压力调整部320，其设置于该炉穴310的开口311处。该炉口压力调整部320的具体结构与图2的实施例相同，在此不作赘述。该气体控制部321，其以管材322与该炉口压力调整部320相连接，该气体控制部321可根据炉穴311内与黑体炉31外部环境的温度差异，选择吹气以供应气体给该炉口压力调整部320产生气幕或者是抽气使该炉口压力调整部320产生负压。

在本实施例中，该管材322可分为第一管段3220以及第二管段3221。该第一管段3220设置于该液体容置槽30内部，至于该第二管段3221则在该液体容置槽30外部并与该炉口压力调整部320相连接。该第一管段3220可通过吸收该液体300所传导的热而与该黑体炉31的温度相同，此外在该第一管段3220上还具有多个曲折结构3222以增加受热的面积。为了避免该第二管段3221的温度改变，该第二管段3221的外部包覆有绝热材料323。在本实施例中的第二管段3221与图3A中的管材213相同，而本实施例中的炉口压力调整部320则与图3A的炉口压力调整部210相同，因此其连接方式如前所述，在此不作赘述。此外，针对不同炉口的状态，本发明也可以利用流量控制部324来调节吸气或吹气的流量，以形成一个稳定且可靠的正压或者是负压气幕。当然，与图2相同，在黑体炉31的炉穴310开口311外壁上设置了一个档板沟槽33，即可以利用此结构外加不同孔径档板34，来改变黑体炉31的孔径大小，以配合校正测试时，不同种类的温度计的需求。至于图8的实施例的动作原理如图6A与图6B所述，在此不作赘述。

请参阅图9所示，该图为本发明的具防止热对流机制的辐射标准装置第四实施例侧视示意图。在本实施例中，该具防止热对流机制的辐射标准装置3具有一液体容置槽30、一黑体炉31以及一气压调整单元32。该液体容置槽30与该黑体炉31的结构与图6相同，差异的是在于该气压调整单元21具有一气体供应管325、一气体控制部321以及一流量控制部324。本实施例主要是将图5的气桶供应管取代图6的炉口压力调整部的结构。该气体供应管325设置于该液体300内，以接收该液体所传导的热，使该气体供应管路325内的气体维持与该黑体炉31相当的温度。由于该气体供应管路325直接设置于该液体内，因此不需要设置绝热材料。通过气体供应管供325将由该气体控制部321所提供的气体进入该炉穴310内产生向炉穴开口311吹的气流，以阻止外部环境90的气体与该炉穴310内的气体产生热对流。图9的实施例的动作如图7所述，在此不作赘述。另外，如图10所示是另一种实施例，主要是将图8与图9的结构相结合，以达到维持黑体炉温的目的。

综合上述，本发明提供的具防止热对流机制的辐射标准装置，可以通过正压或负压的气幕维持黑体炉穴内的温度。因此可以满足业界检测或校正温度量测装置的需求，进而提高该产业的竞争力以及带动周遭产业的发展。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，包括：

一黑体炉，其内具有一炉穴；以及

一气压调整单元，其与该黑体炉相连接，该气压调整单元可根据该炉穴与外部环境的温度差异调节炉穴开口的压力。

2.根据权利要求1所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该气压调整单元还具有：

一炉口压力调整部，其设置于该炉穴的开口处；

一气体控制部，其以管材与该炉口压力调整部相连接，该气体控制部可根据炉穴内与黑体炉外部环境的温度差异，选择吹气以供应气体给该炉口压力调整部产生气幕以及抽气使该炉口压力调整部产生负压其中之一；以及

一温度控制部，其与该气体控制部相连接，该温度控制部可以控制该气体控制部产生气体的温度。

3.根据权利要求2所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该管材的外表还包覆有绝热材料。

4.根据权利要求2所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，还具有一流量控制部，其与该气体控制部相连接，以控制调节该气体控制部产生气体或者是造成负压的大小。

5.根据权利要求2所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该炉口压力调整部还具有至少一喷嘴口。

6.根据权利要求2所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该炉口压力调整部的外侧还具有一档板沟槽，其可提供承载具有开口的一档板。

7.根据权利要求1所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该气压调整单元还具有：

一气体供应管，其与该炉穴的一端相连接；

一气体控制部，其以与该气体供应管相连接，该气体控制部可根据炉穴内与黑体炉外部环境的温度差异，供应该气体供应管气体；以及

一温度控制部，其与该气体控制部相连接，该温度控制部可以控制该气体控制部产生气体的温度。

8.根据权利要求7所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该气体供应管的外表还包覆有绝热材料。

9.根据权利要求7所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，还具有一流量控制部，其与该气体控制部相连接，以控制调节该气体控制部产生气体的流量大小。

10.根据权利要求7所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该炉口压力调整部的外侧还具有一档板沟槽，其可提供承载具有开口的一档板。

11.一种具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，包括：

一液体容置槽，其内容置有一液体；

一黑体炉，其设置于该液体容置槽内，该黑体炉内具有一炉穴，其开口设置于该液体容置槽的一侧壁上；以及

一气压调整单元，其与该黑体炉相连接，该气压调整单元可根据该炉穴与外部环境的温度差异调节炉穴开口的压力。

12.根据权利要求11所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该气压调整单元还具有：

一炉口压力调整部，其设置于该炉穴的开口处；以及

一气体控制部，其以管材与该炉口压力调整部相连接，该气体控制部可根据炉穴内与黑体炉外部环境的温度差异，选择吹气以供应气体给该炉口压力调整部产生气幕以及抽气使该炉口压力调整部产生负压其中之一。

13.根据权利要求12所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该管材还分为第一管段与第二管段，其中该第一管段设置于该液体容置槽内部，该第二管段则在该液体容置槽外部并与该炉口压力调整部相连接，该第二管段外表还包覆有绝热材料。

14.根据权利要求12所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，还具有一流量控制部，其与该气体控制部相连接，以控制调节该气体控制部产生气体或者是造成负压的大小。

15.根据权利要求12所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该炉口压力调整部还具有至少一喷嘴口。

16.根据权利要求12所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该炉口压力调整部的外侧还具有一档板沟槽，其可提供承载具有开口的一档板。

17.根据权利要求11所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该气压调整单元还具有：

一气体供应管，其设置于该槽体内且与该炉穴的一端相连接；以及

一气体控制部，其以与该气体供应管相连接，该气体控制部可根据炉穴内与黑体炉外部环境的温度差异，供应该气体供应管气体。

18.根据权利要求17所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，还具有一流量控制部，其与该气体控制部相连接，以控制调节该气体控制部产生气体的流量大小。

19.根据权利要求17所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该炉口压力调整部的外侧还具有一档板沟槽，其可提供承载具有开口的一档板。

20.根据权利要求17所述的具防止热对流机制的辐射标准装置，其特征在于，该气体供应管的出口端具有喷嘴。

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