CN102128687B - 一种带校准附件的黑体辐射源腔体装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于热力学技术领域，公开了一种带校准附件的黑体辐射源腔体装置，包括：黑体空腔，设置为圆柱-圆锥形，其内壁表面喷涂有高发射率材料；校准附件，为金属光阑，可拆卸安装在黑体空腔开口处，校准附件朝向黑体空腔的一侧为镀金反射面。本发明可用于测量人体温度的红外温度计、人体温度快速筛检仪、红外耳温计的实验室和现场校准；该腔体装置还设置有测温传感器和/或温度控制器，实现对温度的实时调节；使用校准附件，能够提高黑体空腔圆柱表面的有效发射率，使由此制成的黑体辐射源稳定性好、不确定度小和操作简便、灵活，且能满足便携性和高校准精度，在具备常规性能的基础上，能够适用于对具有超大测量视场角的红外温度计的现场校准。

Description

一种带校准附件的黑体辐射源腔体装置

技术领域

本发明属于热力学技术领域，涉及一种带校准附件的黑体辐射源腔体装置。

背景技术

2003年春季，SARS病毒像一个幽灵悄然降临全国各地，由于人们对其认知度很低，加之该病毒具有非常强的传染性，如不能正确应对，及时控制，后果将不堪设想。同样，2009年在世界范围内出现在甲型H1N1流感病毒，也具有一定的传染性，需要及早发现，及早隔离，及早治疗。

随着人们对传染病毒特点及其传染方式的不断认识，在口岸及人群聚集地筛拣高温个体成了避免传染病毒扩散的最有效的方法。由于传染病毒具有越长时间越近距离接触传染性越强的特点，因此兼有快速及非接触特点的红外温度计成了快速筛拣发烧人体的安全有效的方法。

在抗非典行动期间我国进口了大约200,000台红外温度计。随着红外温度计在机场、车站、商场等地的大量应用，如何对红外温度计尤其是像红外耳温计和红外额温计这样的大视场角红外温度计进行现场校准显得非常重要。这就需要带有校准附件的黑体辐射源标准装置来用于现场校准红外温度计等测温装置，因此便携、在非实验室环境使用及满足要求的校准精度成为需求的重点。常规的较大开口的黑体空腔的有效发射率只有在腔体较深的部位较高，能够满足校准要求，而越靠近开口的部位有效发射率越低，不适用于具有超大测量视场角的红外耳温计或红外额温计的校准。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是为常规黑体空腔上增加一种校准附件，使由此制成的黑体辐射源在具备常规功能的基础上，能够适用于对具有超大测量视场角的红外温度计的现场校准，且能满足便携性和高校准精度。

（二）技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种带校准附件的黑体辐射源腔体装置，其包括：

黑体空腔，设置为圆柱-圆锥形，其内壁表面喷涂有高发射率材料；所述黑体空腔包括第一空腔，所述第一空腔的开口处一端为圆柱形空腔，该圆柱形空腔的底部为圆锥形空腔；所述第一空腔底部还设置有第二空腔，所述第二空腔设置为柱形或柱锥形，所述第二空腔内部设置有隔热板；所述黑体空腔的腔底后部设置有测温传感器和/或温度控制器；

温度调节器，一端与所述测温传感器和/或温度控制器连接，另一端连接调功板；

加热器，设置在所述黑体空腔外部，与电源系统和固体继电器构成闭合环路；所述固体继电器与所述调功板连接；

校准附件，为金属光阑，可拆卸地安装在所述黑体空腔的第一空腔的开口处，所述校准附件朝向所述黑体空腔的一侧为镀金反射面；

所述校准附件包括第一圆锥空腔和第二圆锥空腔，所述第一圆锥空腔的开口端插入所述黑体空腔的第一空腔圆柱形空腔的开口，第二圆锥空腔的开口端用来插入被校准的红外耳温计和红外额式体温计。

上述带校准附件的黑体辐射源腔体装置中，所述第二空腔设置为柱锥形时，所述第二空腔的开口处一端为圆柱形空腔，该圆柱形空腔的底部为圆锥形空腔。

上述带校准附件的黑体辐射源腔体装置中，所述第一空腔和第二空腔之间设置有安装孔，所述安装孔内安装有测温传感器和/或温度控制器。

上述带校准附件的黑体辐射源腔体装置中，所述第一空腔开口处设置有安装所述校准附件的限位台阶。

上述带校准附件的黑体辐射源腔体装置中，所述校准附件的金属光阑背向所述黑体空腔一侧设置有带手持端的隔热层。

（三）有益效果

上述技术方案设计了带有校准附件的黑体辐射源腔体装置，可用于测量人体温度的红外温度计、人体温度快速筛检仪、红外耳温计的实验室和现场校准；该腔体装置还设置有测温传感器和/或温度控制器，实现对温度的实时调节；具有易安装和拆卸的校准附件，使用校准附件，能够提高黑体空腔圆柱表面的有效发射率，使由此制成的黑体辐射源稳定性好、不确定度小和操作简便、灵活，且能满足便携性和高校准精度，在具备常规性能的基础上，能够适用于对具有超大测量视场角的红外温度计的现场校准。

附图说明

图1是本发明实施例的带校准附件的黑体辐射源腔体装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的黑体辐射源的结构示意图；

图3是本发明实施例的黑体辐射源温度控制系统图；

图4是本发明实施例的一种黑体空腔的结构示意图；

图5是本发明实施例的另一种黑体空腔的结构示意图；

图6是本发明实施例的校准附件的结构示意图；

图7是本发明实施例的校准附件装入黑体空腔的示意图；

图8（a）和8（b）是视场角不同的两种额温计的视场角示意图；

图9是本发明实施例的黑体辐射源整机装置的后面板示意图；

图10是本发明实施例的黑体辐射源整机装置开机后的状态示意图。

其中，1：校准附件；2：黑体空腔；3：第一空腔；4：第二空腔；5：第一隔热板；6：第二隔热板；7：第一安装孔；8：第二安装孔；9：加热器；10：晶闸管；11：散热风扇；12：报警继电器；13：电源开关；14：第一继电器触点；15：第二继电器触点；16：第三继电器触点；17：第四继电器触点；18：第一圆锥空腔；19：第二圆锥空腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明实施例的带校准附件的黑体辐射源腔体装置的结构示意图，图2是本发明实施例的黑体辐射源的结构示意图。如图1所示，该腔体装置包括：黑体空腔2，设置为圆柱-圆锥形，其内壁表面喷涂有高发射率材料；校准附件1，为金属光阑，可拆卸地安装在所述黑体空腔2开口处，所述校准附件1朝向所述黑体空腔2的一侧为镀金反射面，校准附件1的金属光阑背向所述黑体空腔2一侧设置有带手持端的隔热层。如图2所示，由该腔体装置组成的黑体辐射源包括：黑体空腔1，其腔底后部设置有测温传感器和/或温度控制器PRT；温度调节器，一端与测温传感器和/或温度控制器连接，另一端连接调功板；加热器2，设置在黑体空腔1外部，与电源系统和固体继电器构成闭合环路；固体继电器与调功板连接。

由于黑体辐射源需用于现场校准，不希望再使用另外的标准器及二次表，同时现场环境条件难以控制，因此本实施例中选用了日本SHIMADEN公司最高精度的控制仪表SR253作为温度调节器，一方面该仪表0.1%的精度可以保证黑体辐射源的精度满足校准常用红外辐射温度计的精度要求，另一方面，该仪表受环境影响（环境温度、电源变化）明显小于其它低精度仪表。本实施例中的测温传感器和/或温度控制器优选铂电阻温度计（PRT），它既可以用作控温元件，又可以作为标准器。

图4示出了本发明实施例的一种黑体空腔的结构示意图，该黑体空腔结构包括柱锥形的第一空腔3，第一空腔3的开口处一端为圆柱形空腔，该圆柱形空腔的底部为圆锥形空腔，第一空腔的腔体内壁上喷涂有高发射率的材料，使第一空腔3形成黑体空腔。高发射率涂料的性能直接影响黑体空腔的结构与性能，涂料的发射率越高，将能在同样空腔有效发射率要求条件下，使空腔口径与深度的比越大，实用性越强。第一空腔3的后部还设置有第二空腔4，第二空腔4设置为柱形空腔，在该柱形空腔内部设置有第一隔热板5，具有辐射屏蔽作用，实现黑体空腔后端的准绝热设计。在第一空腔3和第二空腔4之间设置了第一安装孔7，其内部安装铂电阻温度计，用于测温和控温。另外，第一空腔3开口处设置有安装所述校准附件1的限位台阶，以方便校准附件1的安装和拆卸。

图5示出了本发明实施例的另一种黑体空腔的结构示意图，该腔体结构中黑体空腔的结构与图4所示的黑体空腔的结构相同，其区别在于黑体空腔后部的第二空腔的结构，该实施例的第二空腔4设置为柱锥形，第二空腔4的开口处一端为圆柱形空腔，该圆柱形空腔的底部为圆锥形空腔，圆柱形空腔内部设置有两个隔热板，第一隔热板5设置在靠近圆柱形空腔与圆锥形空腔的连接处，第二隔热板6设置在圆柱形空腔的开口处。第一空腔3和第二空腔4之间设置有两个安装孔，第一安装孔7用来安装控温温度传感器，本实施例中优选测温铂电阻，第二安装孔8用来安装测温传感器，本实施例优选测温铂电阻，控温温度传感器和测温传感器用于对控温仪进行校准或使黑体辐射源获得更高温度准确度。

在本实施例中，第一空腔3口径为60mm，总深度，即圆柱形空腔和圆锥形空腔的总长度之和为180mm，底部的圆锥形空腔的腔底锥角120°。第二空腔4的口径与第一空腔3口径相同，第二空腔4的总深度小于第一空腔3的总深度，第二空腔4圆锥形空腔的腔底锥角120°。

图6示出了本发明实施例的校准附件的结构示意图。校准附件1包括第一圆锥空腔18和第二圆锥空腔19。第一圆锥空腔18的开口端插入黑体空腔2的第一空腔3圆柱形空腔的开口，第二圆锥空腔19的开口端用来插入被校准的红外耳温计和红外额式体温计。第一圆锥空腔18的开口端直径为60mm，底面直径为13mm，第一圆锥空腔18内表面为铜基底镀金表面。第二圆锥空腔19的开口端直径为22mm，底面半径为13mm。将校准附件1插入黑体空腔2之后的示意图如图7所示。

利用上述校准附件，黑体辐射源可用于红外耳温计和部分大视场角额温计现场校准。校准附件的反射面为工作面，必须注意保护，不得用手碰触。反射面沾染轻微灰尘时，可用橡胶气吹除去，严重污染时，可用洗瓶用高纯乙醇清洗，不使用时，放入保护盒内保存。

黑体辐射源的温度控制系统示意图如图3所示，温度控制器选用日本岛电公司的SR253，SR253测量置于腔底附近的三线制Pt100控温铂电阻的温度，通过PAC15P与MAX15晶闸管10调节加热器9的输出功率，从而实现对黑体空腔2的温度控制，晶闸管10与供电线的连接线路上设置有第三继电器触点16，加热器9与供电线的连接线路上设置有第四继电器触点17。系统中使用了两个事件继电器EV1和EV2。事件继电器EV1和EV2均与报警继电器12连接，事件继电器EV1用于超温报警，EV2用于加快降温速度，提高工作效率。当黑体温度高于55℃时，EV1动作，加热器9供电被中断，同时散热风扇11启动，使黑体空腔2强制降温，散热器11与供电线的连接线路上分别设置有第一继电器触点14和第二继电器触点15；当新的设定温度低于当前温度0.5℃及以上时EV2动作，电源开关13断开，供电电源被切断，同时散热风扇11启动，使黑体空腔2快速降温。当黑体空腔2温度低于设定温度0.2℃时，散热风扇11停止，电源开关13接通，即供电接通。

黑体辐射源可用于测量人体温度的红外温度计、人体温度快速筛检仪、红外耳温计的实验室和现场校准。将其组装成整机装置时的相关参数设置为：

温度范围：30℃～50℃（温度设定值需高于环境温度2℃以上）

黑体空腔直径：60mm

校准附件第一圆锥空腔开口直径：13mm

黑体空腔发射率：ε=0.998

使用校准附件时黑体空腔发射率：ε>0.998

控温器：SHIMADEN SR253，配备RS232接口

辐射温度不确定度：≤0.08℃

控温稳定性：≤0.01℃/30min

控温环境温度系数：±0.01℃/10℃(典型值)

使用环境温度：10℃～32℃，无结露

电源：50Hz，220V±10%，100W

黑体辐射源外形尺寸（长×宽×高）：400×360×200（mm）

仪器箱外形尺寸（长×宽×高）：640×470×290（mm）

净重：14.2kg

毛重（含仪器箱及内部附件）：26kg

在使用时，将黑体辐射源放置在水平工作台或三脚架上，防止跌落损坏。

如图9所示，为黑体辐射源整机装置的后面板示意图，将电源线插入黑体辐射源后面板上的电源插孔，连接电源线与电源。

按下电源开关，控温仪面板点亮，控温仪显示初始信息后进入“设定值”和“当前测量值”状态。面板上方大字体数码管显示“当前测量值”33.999，下方液晶屏幕内显示“设定值”34.000，如图10所示。

关闭黑体辐射源装置后面板上的电源开关将黑体辐射源关闭。

在图10所示状态下，按键，将设定窗口内光标移动至希望更改的数位，按

或

调整设定值，按ENT输入设定值。

达到设定值并稳定5分钟以后，黑体辐射源可用于校准实验，此时黑体辐射源温度由控温仪显示的“当前测量值”表示。对于已被校准的黑体辐射源，可使用校准证书提供的数据对“当前测量值”进行修正。

在使用黑体辐射源对红外耳温计/部分大视场角额温计进行现场校准时，需使用校准附件。使用时请遵守以下步骤。

手持“耳温计探头插孔”部分，将校准附件从保护盒内取出。

将“反射面”面向黑体辐射源黑体空腔的空腔底，沿空腔轴线方向将校准附件推入空腔前端的聚四氟乙烯端头，位置如图7所示。

进行额温计校准时，需将耳温计探头插孔部分旋出后再将校准附件推入空腔。

黑体辐射源达到设定温度并稳定20分钟后，可以进行耳温计/额温计校准。

使用校准附件进行耳温计或额温计校准时，黑体辐射源辐射源的辐射温度可根据校准证书上采用校准附件时的辐射温度确定。

现场校准附件可用于如图8（a）所示的无光学会聚系统的大视场角额温计，而对于具有光学会聚系统如图8（b）所示的小视场角的红外体温计，则不需使用现场校准附件。

因产品差异较大，对于特异性红外耳温计/额温计产品请与生产商（经销商）沟通具体的校准方法。

上述技术方案设计了带有校准附件的黑体辐射源，可用于测量人体温度的红外温度计、人体温度快速筛检仪、红外耳温计的实验室和现场校准；该黑体辐射源还包括了温度调节器，实现对温度的实时调节；整个辐射源装置不仅稳定性好、不确定度小和操作简便，而且改进的黑体空腔结构，能够提高有效发射率；增加的校准附件，扩展了黑体辐射源的使用功能；同时配备数字温湿度计、便携推车和带脚轮的三脚架，仪器运输和现场使用更便捷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带校准附件的黑体辐射源腔体装置，其特征在于，包括：

黑体空腔，设置为圆柱-圆锥形，其内壁表面喷涂有高发射率材料；所述黑体空腔包括第一空腔，所述第一空腔的开口处一端为圆柱形空腔，该圆柱形空腔的底部为圆锥形空腔；所述第一空腔底部还设置有第二空腔，所述第二空腔设置为柱形或柱锥形，所述第二空腔内部设置有隔热板；所述黑体空腔的腔底后部设置有测温传感器和/或温度控制器；

温度调节器，一端与所述测温传感器和/或温度控制器连接，另一端连接调功板；

加热器，设置在所述黑体空腔外部，与电源系统和固体继电器构成闭合环路；所述固体继电器与所述调功板连接；

校准附件，为金属光阑，可拆卸地安装在所述黑体空腔的第一空腔的开口处，所述校准附件朝向所述黑体空腔的一侧为镀金反射面；

所述校准附件包括第一圆锥空腔和第二圆锥空腔，所述第一圆锥空腔的开口端插入所述黑体空腔的第一空腔圆柱形空腔的开口，第二圆锥空腔的开口端用来插入被校准的红外耳温计和红外额式体温计。

2.如权利要求1所述的带校准附件的黑体辐射源腔体装置，其特征在于，所述第二空腔设置为柱锥形时，所述第二空腔的开口处一端为圆柱形空腔，该圆柱形空腔的底部为圆锥形空腔。

3.如权利要求1所述的带校准附件的黑体辐射源腔体装置，其特征在于，所述第一空腔和第二空腔之间设置有安装孔，所述安装孔内安装有所述测温传感器和/或温度控制器。

4.如权利要求1所述的带校准附件的黑体辐射源腔体装置，其特征在于，所述第一空腔开口处设置有安装所述校准附件的限位台阶。

5.如权利要求1所述的带校准附件的黑体辐射源腔体装置，其特征在于，所述校准附件的金属光阑背向所述黑体空腔一侧设置有带手持端的隔热层。

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