CN1032979A - 中温黑体辐射源 - Google Patents

Abstract

本发明属于中温标准红外辐射源装置，用于红外 探测器；红外测温仪或其他红外整机的辐射的定标。 本发明除具有一般黑体辐射源上大部件构成外，其特 点是在腔体设计；腔芯材料处理工艺；石英(硬质玻 璃)杜瓦瓶封装保温；轴流风机配风帽等技术上采取 了一些特殊措施，从而使该黑体炉具有全发射率高、 温度稳定性好，温场均匀性好，体积小等优点。

Description

本发明属中温范围内温度（或辐射）计量装置。

一般黑体辐射源是由七大部件构成，即：黑体腔;加热器;保温器;冷却器;黑体腔内测温元件，控温元件;精密辐射光拦等构成。其中黑体腔的优化设计及腔芯制备工艺是获得最佳辐射率的最基本条件;加热器，保温器是获得稳定而均匀的温场分布;控温测温元件是用于控制腔内获得所需恒定均匀温度场辐射;辐射光拦是限制和调节辐射源辐射能量的大小。

国外黑体辐射装置一般分为基准标准;次基准级标准;及工业标准三种。前两种主要用于标准计量部门，后一种属于工业黑体主要适用于工程或工厂中辐射测量。

本发明属于中温区工业黑体。

经检索1975年至1986年英、德文专利及文献资料，国外中温区工业黑体较典型的制造厂家有美国红外工业公司（INFR），美国光电工业公司（E·O·I），和美国巴林工程公司（B·E·I）。目前，在中温区小口径、小功率的工业黑体中典型产品是美国红外工业公司（INFR）的400系列产品。在国内有几家红外科研单位及厂家如中国科学院上海技术物理所、航空部20²厂等单位也研制了中温黑体辐射源，但他们有的是引进上述国外公司的产品，有的在结构上与本发明有很大差异。而且上述国内外所生产的黑体炉在结构上或性能上都不同程度地存在缺陷， 如有的用水冷但体积较大，外壳升温较高;有的无风帽。气流对腔内温场影响较大;有的采用单层加热而使腔内温场不均匀等。

本发明的目的就是为克服上述国内外中温黑体辐射源的不足而研制的。本发明的中温黑体辐射源提供了一个新的装置，此装置采用优化的腔体设计;腔芯材料用特定高温氧化发黑处理;还采用了安置风帽及石英杜瓦并封装保温等技术，从而使该发明具有全发射率高;温度稳定性好;升温快;体积小等优点。

本发明的原理是：一个具有特定的黑体腔，能按照由该温度决定的恒定的光谱范围向其周围辐射出稳定能量的辐射，其总辐射度由斯忒蕃玻尔兹曼定理M＝δT⁴确定，其中δ为斯忒蕃玻尔兹曼常数，为定量地描述所制作的黑体辐射源与理论值的接近程度一般在工程技术中用M＝εT⁴，ε定义为相同温度下制作出的黑体辐射源与理想黑体辐射源之比。ε称为有效发射率或全发射率。ε是作为黑体辐射源辐射水平最主要的参数。黑体辐射源基本工作方法是：用优化设计和经特殊工艺处理的具有全发射率高的黑体腔，使其腔内产生稳定而均匀的特定温度场，此温度从光拦中辐射出，此辐射出的即是一定波长范围的能量的热辐射。

图1所示即为本发明的结构示意图。它的主要部件构成是：黑体腔（1）是产生黑体辐射源，一个高质量的黑体必须具有最优化的腔形设计，才能得到较高的发射率ε。一般有圆柱形、圆锥形或轴对称的旋转组合体等构成。本发明为圆锥形，其特点之一是选用长径比为5。

加热器（2）是提供黑体辐射热能，此加热器需使腔体内加热至所需恒定温度场。

石英杜瓦并（3）用真空封装方式起隔热作用，阻止热量向周围辐射传 导所引起热耗散。

风机（4）起向后排风冷却腔体外壳及冷却辐射光栅的作用。

控温元件（5）将腔内温度标量转变为电学标量以提供给控温仪对腔内温度进行控制。

测温元件（6）将腔内温度量转变为电学量以对腔内温度进行测量。

绝热层（7）阻止隔绝腔体内热量传导，並起固定内部部件的作用。

底盖（8）紧固作用。

风道（9）是排风中空气流动的空间。

风帽（12）隔开和调节风道与黑体腔口从而使黑体腔内温场分布均匀使温场分布与风向和风速无关。

支架（10）用于安置手柄或固定支承用

辐射光栅（11）能调节黑体腔内辐射能的大小。

由于本发明在腔形设计、腔体材料及其材料的处理工艺方面;在石英杜瓦并封装绝热技术方面;采用风帽等其他技术因而使该发明具有与其他国外国内同类工业黑体辐射源不同的特点，如：全发射率高;升温快;温度稳定性好;温场均匀;体积小适于室外或在运动体系中使使用等能在工业和科研中广泛地应用。

图1亦是本发明的实施例的结构示意图：其中黑体腔（1）是选用1G18Ni9Ti不锈钢材料，此材料经高温氧化发黑处理。该处理工艺方法与美国及日本（日本专利1977～134833特许公报）均不同。该具体处理工艺如下：a：将加工成形的腔芯喷沙清洗，使其发射腔表面形成均匀无光泽的表面。b：浸蚀表面处理：将腔芯放入铬酸和硫酸混合液中进行表面去氧化处理。c：电解：用铬酸磷酸的水溶液中进行表面去氧化处理。c：电解：用铬酸磷酸的水溶液电解 腔芯，使其内部形成其基底相异的膜层。d：烧结：将腔芯放入1070℃±5℃炉中烧结形成氧化发黑层。e：着色：将腔芯表面形成全黑而稳定的膜层。f：热封和再热处理，进一步提高全黑膜层的附着力与稳定性。腔体设计采用圆锥形的腔长比为5的优化设计。在加热工艺上腔体的轴向炉温分布均匀而且稳定。这样该发明制作出来的腔是全黑表面氧化层（国外报导多为兰黑色）从而使全发射率。≥0.90。

加热器（2）采用多层绕制的电阻丝加热，由于采用无感绕制，使电磁感应和其他干扰可降至最小。

保温装置（3）采用石英（或硬质玻璃）杜瓦并吹制封装並在其内壁涂银，再抽真空至10^-3乇以下（即真空度高于10^-3乇）。

抽风机（4）是使用风冷的办法使本发明的装置具有体积小。

风帽（12）是阻止风道与黑体腔对流使腔内的温度场稳定而均匀不受风速和风向的干扰，腔内温场均匀性≤0.5℃。

控温元件（5）用100欧铂电阻温度计构成並接出外与控温仪相联。

测温元件（6）为铜-鏮铜热电偶，直接测量炉腔内温度。

辐射光栏（11），其孔径可以从φ1至φ5mm，是调节辐射出能量的大小。

绝热层（7）是由能有优良绝热性能材料构成。

（8）为底盖，（10）为支架可以安手柄或支三角架。

此实施例的主要结构尺寸：

柱形腔体：l200mm×φ120mm。

锥形黑体腔芯：l90mm×φ35mm。

光栏中心高度：h＝81mm。

空腔尺寸：l＝400mm

腔开口直径：D₁＝16mm

盖板孔径：D₂＝12mm

此实施例所述达到技术指标：

工作温度：500～600k°

发射率：0.99±0.01

温控精度：±0.5℃/4小时

腔形：锥形    开口孔直径：φ12mm

辐射孔：φ1、φ1.5、φ2、φ3、φ5（mm）

电源：220V、50HZ，最大加热电流0.7A

辐射孔温度：不高于室温10℃。

Claims (3)

1、一种用于红外探测器；红外测温仪及其他红外整机定标用的黑体辐射源装置。主要由：黑体腔(1)，加热器(2)，其空杜瓦并(3)，控温元件(5)，测温元件(6)，风道(9)，光栏(11)等部件构成。其特征在于：所说的黑体腔(1)其腔形设计是用控长比为5的短腔比的锥体，其腔体芯材料用SuS-304不锈钢(即1G18NiTi)，此材料用1070℃±5℃高温氧化发全黑工艺处理。

2、按照权利要求书1所述的真空杜瓦并（3），其特征在于此杜瓦并是用石英材料或硬质玻璃材料吹制並封装成真空并，此杜瓦真空度在10^-3乇以下（即真空高度于10^-3乇）。

3、按照权利要求书（1）所述的风道（9），其特征在于在此风道上增加安装了风帽（12），其安装位置和方式如图1所述方法。

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