CN102829875A - 用于发射率测量的三腔黑体辐射源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源。包括内置液体介质的液体恒温器、黑体空腔壳、温控装置和标准温度计；黑体空腔壳有三个，均由前端为圆锥形空腔和后端为圆柱形空腔组成，黑体空腔壳的内壁均涂有高发射率涂料的涂层，液体恒温器内装有温控装置，和设有三个等距排列、大小相同且前端为圆锥形，后端为圆柱形的凹槽，三个黑体空腔壳分别各自置于与黑体空腔壳形状相同的凹槽中，液体恒温器外侧面与三个开口的圆柱形空腔外圆柱面固接，标准温度计置于液体恒温器中。本发明增加了黑体空腔，可以同时测量三种不同待测样品的发射率；也可以对待测样品、标准样品、标准辐射源的数据进行实时比对。黑体空腔可拆卸、便于安放样品。

Description

用于发射率测量的三腔黑体辐射源

技术领域

本发明涉及一种发射率测量装置，尤其是涉及一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源。

背景技术

发射率是衡量热辐射体辐射本领的重要依据之一，研究和测量物体发射率对于揭示材料的热辐射特性、提高辐射加热效率和寻找节能新途径都有重要的现实意义。在国防领域中，对导弹喷焰、蒙皮的发射率的认知，是军事预警、制导和隐身的关键。而目标发射率数据获得，是遥感、辐射测温的基础，直接决定了测量的不确定度。

发射率是一个相当复杂的参数，材料的温度、波长、表面状况、发射角、偏振状态等都会影响发射率的测量。这大大增加了发射率测量的多样性和难度，因此，准确的测量材料的发射率对国防行业和温度校准都有重要意义。

目前发射率测量方法主要包括直接测量技术、间接测量技术和混合测量技术。直接测量技术是最常见、最普遍的一种方法，而运用黑体辐射源搭建的直接测量技术是应用最广泛的。以往用的单腔黑体辐射源在测量材料发射率时，不能同时测量多个待测样品，不能和标准样品、待测样品、标准黑体辐射源三组数据进行实时数据比对，存在时效性差的问题。所以，研制一种三腔黑体辐射源是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，该三腔黑体辐射源提高了测量材料发射率的时效性。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括内置液体介质的液体恒温器、黑体空腔壳、温控装置和标准温度计；所述的黑体空腔壳有三个，均由前端为圆锥形空腔和后端为圆柱形空腔组成，三个黑体空腔壳的内壁均涂有高发射率涂料的涂层，液体恒温器内的一端装有温控装置，液体恒温器内的另一端设有三个等距排列、大小相同且前端为圆锥形，后端为圆柱形的凹槽，凹槽的圆锥形朝向温控装置一侧，三个黑体空腔壳分别各自置于与黑体空腔壳形状相同的凹槽中，液体恒温器外侧面分别通过连接板与三个开口的圆柱形空腔外圆柱面固接，标准温度计置于液体恒温器中。

所述圆柱形空腔直径D与圆柱形空腔长度L之比为D：L为1：4～6。

所述黑体空腔壳内壁高发射率涂料的发射率≥0.998。

所述凹槽的材料为紫铜。

所述圆锥形凹槽和圆锥形空腔的锥度均为120度。

所述液体介质为凝固点高于-50℃且沸点低于300℃的油。

本发明具有的有益效果是：

本发明增加了黑体空腔，使本装置可以同时测量三种不同待测样品的发射率；也可以对待测样品、标准样品、标准辐射源的数据进行实时比对。同时，增加了黑体空腔壳和液体恒温器的固定装置，使黑体空腔便于拆卸、便于安放样品。

本发明的主要技术指标：

a)温度范围：-50℃~300℃；

b)黑体空腔发射率：0.998以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的三个黑体空腔壳左视图。

图3是本发明俯视剖面图。

图中：1、液体恒温器，2、圆柱形空腔，3、圆锥形空腔，4、黑体空腔壳，5、凹槽，6、标准温度计，7、螺钉，8、控温装置，9、液体介质。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的关键部件是三个等距排列的黑体空腔壳。为了更准确的测量被测样品的发射率，黑体空腔壳的发射率（包括有效发射率和积分发射率）必须接近于1。鉴此，采取了如下措施：

a）设计成带锥形底部的圆柱形空腔。加上圆锥形空腔有助于增加腔内的多次反射的机会，从而提高空腔的发射率；

b）圆柱形空腔直径D与圆柱形空腔长度L之比为D：L为1：4～6。理论上分析空腔直径D和空腔长度L的比例在这之间，不仅具有高的空腔发射率，而且实际也便于分度。

c）黑体空腔由铝合金材料制成，腔体内壁涂有高发射率的涂层，并用积分球法对涂层进行反射率测量，这样处理可以提高黑体空腔的发射率。

如图1、图2、图3所示，本发明包括内置液体介质9的液体恒温器1、黑体空腔壳、温控装置8和标准温度计6；所述的黑体空腔壳3有三个，均由前端为圆锥形空腔3和后端为圆柱形空腔2组成，三个黑体空腔壳4的内壁均涂有高发射率涂料的涂层，液体恒温器1内的一端装有温控装置8，液体恒温器1内的另一端设有三个等距排列、大小相同且前端为圆锥形，后端为圆柱形的凹槽5，凹槽5的圆锥形朝向温控装置8一侧，三个黑体空腔壳4分别各自置于与黑体空腔壳4形状相同的凹槽5中，液体恒温器1外侧面分别通过连接板用螺钉7与三个开口的圆柱形空腔2外圆柱面固接，标准温度计6置于液体恒温器1中。

所述圆柱形空腔2直径D与圆柱形空腔2长度L之比为D：L为1：4～6。

所述黑体空腔壳4内壁高发射率涂料的发射率≥0.998。

所述凹槽5的材料为紫铜。

所述圆锥形凹槽5和圆锥形空腔3的锥度均为120度。

所述液体介质9为凝固点高于-50℃且沸点低于300℃的油。

图1中所示的控温装置8为加热器和制冷器分别使用于不同的温度范围。它们分别在环境温度以上和以下启动。控温装置8的控温范围为-50℃~300℃，控温精度小于±0.1℃。

图1中所示的标准温度计6为二等标准铂电阻温度计WZPB-2（测量温度范围为-183~420℃）作为标准温度计，测量液体恒温器1的温度。液体恒温器1中的液体介质9为硅油。     图1中所示的黑体空腔壳4用厚度为5mm的铝制材料制成，黑体空腔壳4由内径为45mm长度为250mm的圆柱形空腔2和锥角为120度、底面内径为30mm圆锥形空腔3焊接而成，要求同心度偏差小于0.1mm；

图1中所示的液体恒温器1的凹槽5采用厚度为5mm的紫铜材料制成，圆柱形的凹槽5的内径为50mm，长度为250mm；圆锥形的凹槽5的底面内径为50mm，锥角为120度。两个相邻凹槽5的圆柱形中心距离为150mm。形成三个等间距排列的凹槽5。凹槽5采用的材料为紫铜，它具有良好的导热性，大大提高了液体介质9和黑体空腔壳4温度的一致性。

图1中所示的黑体空腔壳4通过螺钉7固定在液体恒温器1中。拧开螺钉，黑体空腔便可以从凹槽5中抽出，便于安放样品。

利用本装置可采用能量法测量样品的发射率。材料的发射率是通过确定被测材料与黑体在相同波长与温度下单色辐射出度的比值而得出的，即

为被测材料的单色辐射出度，为黑体的单色辐射出度。

由普朗克定律可知，黑体的单色辐射出度为：

带入得：

上式表明，在已知样品的温度

、黑体辐射源温度

以及波长

的条件下就可以求出材料发射率

，其中

第一辐射常数，

第二辐射常数。

波长在10um,温控装置控温在50℃条件下，测得黄铜、铝、和不锈钢三种不同样品的发射率如表一所示。

表一 本发明实测三种不同样品的发射率

材料名称	发射率
		黄铜	0.21
铝	0.15
		不锈钢	0.22

Claims (6)

1.一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，包括内置液体介质(9)的液体恒温器(1)、黑体空腔壳(4)、温控装置(8)和标准温度计(6)；其特征在于：所述的黑体空腔壳(4)有三个，均由前端为圆锥形空腔(3)和后端为圆柱形空腔(2)组成，三个黑体空腔壳(4)的内壁均涂有高发射率涂料的涂层，液体恒温器(1)内的一端装有温控装置(8)，液体恒温器(1)内的另一端设有三个等距排列、大小相同且前端为圆锥形，后端为圆柱形的凹槽(5)，凹槽(5)的圆锥形朝向温控装置(8)一侧，三个黑体空腔壳(4)分别各自置于与黑体空腔壳(4)形状相同的凹槽(5)中，液体恒温器(1)外侧面分别通过连接板与三个开口的圆柱形空腔(2)外圆柱面用螺钉(7)固接，标准温度计(6)置于液体恒温器(1)中。

2.根据权利要求1所述的一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，其特征在于：所述圆柱形空腔(2)直径D与圆柱形空腔(2)长度L之比为D：L为1：4～6。

3.根据权利要求1所述的一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，其特征在于：所述黑体空腔壳(4)内壁高发射率涂料的发射率≥0.998。

4.根据权利要求1所述的一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，其特征在于：所述凹槽(5)的材料为紫铜。

5.根据权利要求1所述的一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，其特征在于：所述圆锥形凹槽(5)和圆锥形空腔(3)的锥度均为120度。

6.根据权利要求1所述的一种用于发射率测量的三腔黑体辐射源，其特征在于：所述液体介质(9)为凝固点高于-50℃且沸点低于300℃的油。

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