CN109521039A - 固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法。该装置包括真空箱体(1)、真空泵(2)、高透过滤窗片(3)、数显压力表(4)、真空阀(5)和回气阀(6),真空泵(2)通过管道与真空箱体(1)连接。将安装好的样片加热器放置于真空箱体(1)内部进行真空；待到数显压力表(4)显示压强达到1Pa后，停止真空；由傅里叶变换红外光谱仪采集样片发出透过高透过滤窗片(3)后的辐射信号，完成数据测量。通过改变高透过滤窗片(3)的材料测量不同波段的数据，测量范围广泛。本发明解决了现有测量装置在测量过程中样片氧化的问题，使得测量结果精准，占用空间体积小，防氧化效果好，测量成本低。

Description

固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法

技术领域

本发明涉及高温材料辐射特性测量领域，是一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法。

背景技术

由于电荷的随机热运动，任何温度高于绝对零度的物体都会发出热辐射，且高温或真空环境中热辐射是最主要的传热方式。发射率是描述物体的热辐射特性的重要参数，其通常强烈地随波长，温度和方向变化，其物理意义在于描述物体与黑体之间的相对差异。发射率在工业生产中各个工程技术以及高科技领域中都有重要应用，航天航空领域中通过调控发射率对航天器、飞行器进行热控制与热管理，国防军事领域中通过调控发射率减弱目标辐射特性实现红外隐身，工农业生产中材料烘干、太阳能高效利用中提高发射率都能有效降低功耗，实现节能减排等等。

然而目前已有的高温发射率测量系统存在着样片加热装置暴露在空气中，样片高温条件下极易氧化，导致所测的发射率并非所预期测量的材料，为氧化后的物质，使得测量的准确性下降。同时，已有的测量系统中的真空环境都存在着体积较大，造价成本高，抽真空时间长的缺点。

发明内容

本发明为解决固体材料高温方向光谱发射率测量装置在测量过程中样片氧化的问题，提供了一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法，本发明提供了以下技术方案：

一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置，由真空箱体1、真空泵2、高透过滤窗片3、数显压力表4、真空阀5和回气阀6组成；

真空泵2通过管道与真空箱体1连接，管道与真空箱体(1)上的真空阀(5)连接，高透过率窗片3安装在真空箱体1前表面，数显压力表4安装在真空箱体1的上表面，真空箱体上表面设有回气阀6，真空泵2为旋片真空泵。

优选地，所述高透过滤窗片3的材料采用增透镀膜的ZnSe。

优选地，所述数显压力表4的量程为10^-3-10⁵Pa。

一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空方法，包括如下步骤：

步骤一：将安装好的样片加热器放置于真空箱体1内部，关闭真空箱体1的箱门，打开真空阀5，保持回气阀6关闭，开启真空泵2进行真空；

步骤二：观察数显压力表4，待到数显压力表4显示压强达到1Pa后，关闭真空阀5，再关闭真空泵2；

步骤三：样片加热器中的样片发出辐射信号透过高透过滤窗片3后，由傅里叶变换红外光谱仪采集，完成数据测量；

步骤四：完成数据测量后，打开回气阀6，真空箱1内压强恢复，取出样片加热器。

优选地，根据所测波段不同，通过更换不同材料的高透过滤窗片3进行测量。

本发明具有以下有益效果：

针对现有技术中样片氧化的问题，本发明提供的真空装置有效地避免了高温条件下待测样片氧化，本发明无需较大的真空腔体装置即可达到很好的防氧化效果，占用空间小，测量成本低，所需抽真空时间短，测量结果精准。

高透过滤窗片3一般为增透镀膜的ZnSe，其在2.0-13.0μm波长范围平均透过率在90％以上。样片发出的辐射透过高透过滤窗片3能量损失小，在一个较长的波长范围，通过提高辐射能透过窗口片的比例，使得更多的辐射能被傅里叶变换红外光谱仪采集，提高测量的准确度。并且通过更换高透过滤窗片3的材料，可更换材料如Ge、CaF2、Sapphire等，测得不同波段的数据，测量范围广。

附图说明

图1是固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置的结构图。

图中：1-真空箱体，2-真空泵，3-高透过滤窗片，4-数显压力表，5-真空阀，6-回气阀。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1所示，本发明提供一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置，由真空箱体1、真空泵2、高透过滤窗片3、数显压力表4、真空阀5和回气阀6组成；

真空泵2通过管道与真空箱体1连接，管道与真空箱体(1)上的真空阀(5)连接，高透过率窗片3安装在真空箱体1前表面，数显压力表4安装在真空箱体1的上表面，真空箱体上表面设有回气阀6。

真空泵2是一种旋片真空泵，其原理为：旋片真空泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。旋片真空泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切，转子槽内装有带弹簧的二个旋片，将定子分隔成两个工作腔，旋转时，依靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动，使得高级工作腔容积周期性扩大而吸气，低级工作腔容积周期性缩小而压缩气体，借助气体和油的压力推开排气阀排气，从而获得真空。真空泵2的作用是抽出真空箱体1内的空气，以达到局部空间的相对真空状态，真空泵2能达到10^-1Pa的压强。

高透过滤窗片3一般为增透镀膜的ZnSe，其在2.0-13.0μm波长范围平均透过率在90％以上。

数显压力表4的原理为通过表内的敏感元件的弹性形变，再由表内机芯的转换电路将压力形变转换为电信号，电信号再转换成压力数值显示在屏幕上。数显压力表4用于显示真空箱体1内的压力值，通过数显压力表4读取压强示数，以确定样片的真空环境的创造，避免样片发生氧化导致测量不准确，数显压力表的量程优于10^-3-10⁵Pa。

所述的真空阀5的作用为真空箱体1抽取真空结束后，封闭箱体，维持真空箱体1内的真空环境。所述的回气阀6的作用为测试结束后，恢复真空箱体1内的压强到大气压。

具体实施例二：

将固体材料高温方向光谱发射率测量装置的样品加热炉放置在真空箱体1中，再启动真空泵2将真空箱体1内部抽至真空，由数显压力表4读取压强示数，以确定样片的真空环境的创造，避免样片发生氧化导致测量不准确。

基于上述原理，提供一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空方法，包括如下步骤：

步骤一：将安装好的样片加热器放置于真空箱体1内部，关闭真空箱体1的箱门，打开真空阀5，保持回气阀6关闭，开启真空泵2进行真空；

步骤二：观察数显压力表4，待到数显压力表4显示压强达到1Pa后，关闭真空阀5，再关闭真空泵2；

步骤三：样片加热器中的样片发出辐射信号透过高透过滤窗片3后，由傅里叶变换红外光谱仪采集，完成数据测量；

步骤四：完成数据测量后，打开回气阀6，真空箱1内压强恢复，取出样片加热器。

高透过率窗片3使被测样片发出的辐射透过时，能量损失较小，在一个较长的波长范围内，通过提高辐射能透过窗口片的比例，使得更多的辐射能被傅里叶变换红外光谱仪采集，以提高测量的准确度。根据所测波段不同，更换高透过滤窗片3的材料进行测量，可更换为Ge、CaF2、Sapphire等。Ge适用于所测波段在1.9-6.0μm之间，CaF₂适用于所测波段在0.18-8.0μm之间，Sapphire适用于所测波段在0.15-5.0μm之间。

以上所述仅是固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法的优选实施方式，固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置及方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置，其特征是：由真空箱体(1)、真空泵(2)、高透过滤窗片(3)、数显压力表(4)、真空阀(5)和回气阀(6)组成；

真空泵(2)通过管道与真空箱体(1)连接，管道与真空箱体(1)上的真空阀(5)连接，高透过率窗片(3)安装在真空箱体(1)前表面，数显压力表(4)安装在真空箱体(1)的上表面，真空箱体上表面设有回气阀(6)，真空泵(2)为旋片真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置，其特征是：所述高透过滤窗片(3)的材料采用增透镀膜的ZnSe。

3.根据权利要求1所述的一种固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空装置，其特征是：所述数显压力表(4)的量程为10^-3-10⁵Pa。

4.一种如权利要求1所述的固体材料高温发射率测量的样片加热器的真空方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤一：将安装好的样片加热器放置于真空箱体(1)内部，关闭真空箱体(1)的箱门，打开真空阀(5)，保持回气阀(6)关闭，开启真空泵(2)进行真空；

步骤二：观察数显压力表(4)，待到数显压力表(4)显示压强达到1Pa后，关闭真空阀(5)，再关闭真空泵(2)；

步骤三：样片加热器中的样片发出辐射信号透过高透过滤窗片(3)后，由傅里叶变换红外光谱仪采集，完成数据测量；

步骤四：完成数据测量后，打开回气阀(6)，真空箱(1)内压强恢复，取出样片加热器。

5.根据权利要求4所述真空方法，其特征是：根据所测波段不同，通过更换不同材料的高透过滤窗片(3)进行测量。