CN113970572A - 黑度系数比对装置及黑度系数快速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是热工测试领域的一种黑度系数比对装置及黑度系数快速测定方法，该装置包括均热腔，所述均热腔内设有样品盛装槽，与样品盛装槽正对的均热腔顶部设有开口，开口外侧设有支撑块，所述支撑块上设有供中空管插入的通孔，所述通孔旁设有顶紧装置，所述均热腔侧壁上设有热电偶温度测量仪。本申请采用比对测定的方式，通过设计一个均热腔来加热待测样品，然后利用热电偶温度测量仪和红外测量仪同时对待测样品进行温度检测，最后通过温度比对来确定红外测量仪的黑度系数，从而实现材料黑度系数的简易快速测定，所获得的材料黑度系数等同或接近工况条件值，能够快速的应用到工业燃烧炉窑温度检测和材料开发中。

Description

黑度系数比对装置及黑度系数快速测定方法

技术领域

本发明涉及热工测试领域，尤其涉及一种黑度系数比对装置及黑度系数快速测定方法。

背景技术

以钢铁企业燃烧炉窑等为代表性的热平衡测试，涉及到炉窑表面各自材料的温度检测，由于测定点多并且受高度、距离、高温等条件限制，通常只能采用远程红外温度仪(枪)进行快速的非接触检测。对于不同材料表面的准确检测，非接触的红外温度检测方法，需要明确材料表面的黑度系数以便对红外检测装置进行系数调整和修正，才能获得准确的检测温度值。不同材料的黑度系数，通常采用常规的经验数据，因此对测定获得温度值的准确性难以判断。此外，在以及保温、绝热等红外辐射材料研究开发过程中，涉及材料的红外发射率(一般情况下可视同于黑度系数)需进行大量详细的比对检测，才能优选出发射率相对更高的基体材料。

发射率是表征材料在红外波段辐射性能的重要基础性参数，目前材料红外发射率的测量手段多是大型的专业设备，具体测量则是采用制备样品送到实验室进行测量的方式来获取材料的红外发射率数据。考虑到材料红外发射率非常敏感，受环境影响和自然老化即可导致巨大变化，当前的测量方式存在如下局限，一方面实验室内的大型测量设备往往组成复杂，操作繁琐，对测量环境要求严苛，测量花费的时间通常较长，单次测量所需的时间以小时计甚至以天计；另一方面，测量对象是单独制备的样品，其制备工艺和实际目标有可能存在差异，而且实际目标表面的材料受环境影响性能一直在退化，故实验室内测量的结果不能准确表征实际材料的红外辐射特性。

发明内容

为克服现有材料红外发射率测量装置结构复杂，测量麻烦等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可快速精确测量材料红外发射率的黑度系数比对装置及黑度系数快速测定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

黑度系数比对装置，包括均热腔，所述均热腔上设有进风口和出风口，所述均热腔内设有样品盛装槽，与样品盛装槽正对的均热腔顶部设有开口，开口外侧设有支撑块，所述支撑块上设有供中空管插入的通孔，所述通孔旁设有顶紧装置，所述均热腔的一端设有可开启的端盖，所述均热腔侧壁上设有热电偶温度测量仪，所述中空管的外壁上设有刻度线。

进一步的是，所述均热腔为长条形中空结构，所述端盖位于其长度方向的一端，并通过法兰与均热腔主体相连，所述进风口位于端盖上，出风口位于均热腔上与端盖相对的一端。

进一步的是，所述均热腔的两端还设有均风孔板，靠近端盖一侧的均风孔板位于端盖上。

进一步的是，所述顶紧装置包括与支撑块固定连接的螺栓支架，所述螺栓支架上设有螺纹孔，螺纹孔内设有顶紧螺栓。

进一步的是，所述均热腔顶部设有带镜片的观察孔，均热腔内可设有冷光源。

进一步的是，所述样品盛装槽的内壁和底部铺设有锡箔纸或铝箔纸。

进一步的是，所述均热腔底部外侧设有水平调节支架。

黑度系数快速测定方法，包括上述黑度系数比对装置，还包括以下步骤：首先将待测样品放入样品盛装槽，然后通过进风口和出风口往均热腔中通入恒温气体，待热电偶温度测量仪显示均热腔中温度稳定后，将中空管向下移动，使其底部接近样品盛装槽中的待测样品，然后用顶紧装置对中空管进行固定，最后采用红外测温枪对准中空管，使其激光点照射在样品上，调整红外测温枪的黑度系数值，直到显示温度与热电偶温度测量仪显示的温度一致，此时对应的黑度系数值即可视为本测试样品的黑度系数。

进一步的是，在通入恒温气体之前，先对中空管进行封堵，并向下移动中空管，使其底部靠近带测样品，并记录下此时支撑块与中空管上的刻度线对应的位置，然后向上移动中空管，使其远离样品后再进行通气加热，在进行红外测量时，先将中空管移动到先前的刻度位置，再进行后续的比对检测。

进一步的是，在通入恒温气体的过程中，通过调整进风口和出风口的开口大小，始终保持均热腔内为微正压，在观察到热电偶温度测量仪的温度稳定后，需继续保持通气10-20min后再进行红外温度测量。

本发明的有益效果是：采用比对测定的方式，通过设计一个均热腔来加热待测样品，然后利用热电偶温度测量仪和红外测量仪同时对待测样品进行温度检测，最后通过温度比对来确定红外测量仪的黑度系数，从而实现材料黑度系数的快速精确测定，所获得的材料黑度系数等同或接近工况条件值，能够快速的应用到工业燃烧炉窑温度检测和材料开发中，对推动钢铁企业热工测试领域的节能技术进步以及实现降碳材料开发等都具有重要意义。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明顶紧装置结构示意图。

图中标记为，1-均热腔，2-样品盛装槽，3-支撑块，4-中空管，5-顶紧装置，6-热电偶温度测量仪，7-均风孔板，8-进风口，9-出风口，11-端盖，12-法兰，13-水平调节支架，31-通孔，51-顶紧螺栓，52-螺栓支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的简易的黑度系数比对装置，包括均热腔1，所述均热腔1上设有进风口8和出风口9，所述均热腔1内设有样品盛装槽2，与样品盛装槽2正对的均热腔1顶部设有开口，开口外侧设有支撑块3，所述支撑块3上设有供中空管4插入的通孔31，所述通孔31旁设有顶紧装置5，所述均热腔1的一端设有可开启的端盖11，所述均热腔1侧壁上设有热电偶温度测量仪6，所述中空管4的外壁上设有刻度线。均热腔1的作用主要是提供一个加热环境，利用高温烟气从进风口8通入，从出风口9排出来对均热腔1中的样品进行加热。为了便于放入样品，在均热腔1的一端设有可开启的端盖11。顶紧装置5用于将中空管固定在支撑块3上。中空管4外壁上设置刻度线用于确定中空管4的升降位置。

采用该黑度系数比对装置对材料黑度系数进行测定的方法，包括以下步骤：

首先通过支撑块3将待测样品放入样品盛装槽2，然后通过进风口8和出风口9往均热腔1中通入恒温气体，待热电偶温度测量仪6显示均热腔1中温度稳定后，将中空管4向下移动，使其底部接近样品盛装槽2中的待测样品，并通过顶紧装置5对中空管4进行固定，最后采用红外测温枪对准中空管4，使其激光点照射在样品上，调整红外测温枪的黑度系数值，直到显示温度与热电偶温度测量仪6显示的温度一致，此时对应的黑度系数值即可视为本测试样品的黑度系数。相比现有测量装置，本申请的结构更简单，测量过程更简便，测量的结果也比较接近工况条件值，可大大降低工业燃烧炉窑温度检测和材料开发的成本。

为了便于保持均热腔1中的温度恒定，最好将均热腔1设计为长条形，所述端盖11位于其长度方向的一端，并通过法兰12与均热腔主体相连，所述进风口8位于端盖11上，出风口9位于均热腔1上与端盖11相对的一端。此外，为了方便气流过渡，所述进风口8和出风口9与均热腔1之间最好通过锥形面过渡。进一步的，所述均热腔1的两端还设有均风孔板7。均风孔板7指的是均布有孔洞的挡板，从进风口8进入的气体经过均风孔板7后，能够形成稳定均匀的气流，有利于均热腔1内的温度恒定。为了不影响样品放入，靠近端盖11一侧的均风孔板7设置在端盖11上。

对于顶紧装置5的具体结构，可以采用多种结构形式，为了简化结构，本申请所采用的顶紧装置5如图2所示，包括与支撑块3固定连接的螺栓支架52，所述螺栓支架52上设有螺纹孔，螺纹孔内设有顶紧螺栓51。只需拧动螺栓，使其一端抵在中空管4上即可实现中空管4的固定，方便快捷。

此外，本申请还有以下一些优选方案：为了方便观察和操作，所述均热腔1顶部设有带镜片的观察孔，均热腔1内设有冷光源。为了方便盛装多个样品，提高检测效率，可将样品盛装槽2设计为多格结构形式；为了避免设备对待测样品的影响，所述样品盛装槽2和中空管4都最好采用低导热性能的耐火材料；为减少热量传递，所述样品盛装槽2的内壁和底部铺设有锡箔纸或铝箔纸；为了保证样品放置的平稳性，所述均热腔1底部外侧设有水平调节支架13；为了防止烫伤，在出风口9处连接有加长管路或换热器来降低气体温度。

在进行黑度系数的测定过程中，还有以下一些优选方案：在通入恒温气体之前，应先对中空管4进行封堵，并向下移动中空管4，使其底部靠近带测样品，并记录下此时支撑块3与中空管4上的刻度线对应的位置，然后向上移动中空管4，使其远离样品后再进行通气加热，在进行红外测量时，先将中空管4移动到先前的刻度位置，再进行后续的比对检测。这样做的目的是尽量避免外界环境对样品的影响，也避免中空管4与样品接触产生热传递。。同时，在通入恒温气体的过程中，为了保证均热腔1中温度稳定，可通过调整进风口8和出风口9的开口大小，来始终保持均热腔1内为正压。此外，在进行检测之前，最好在观察到热电偶温度测量仪6的温度稳定后，再继续保持通气10-20min后再进行红外温度测量，以保证样品温度与热电偶温度测量仪6显示的温度一致。

下面通过具体实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

将生产现场炉窑表面施工剩余的带油漆钢板加工为直径20mm的样片后，油漆面向上平放至样品盛装槽中，然后将样品槽推放至带孔支撑块孔洞正下方，插入刚玉质中空管与样片轻微接触，标记中空管在顶紧装置的位置，抽出中空管并用保温棉堵塞带孔支撑块的孔洞。合闭法兰后将恒温190℃的过热蒸汽通入均热腔。5min后热电偶维持稳定温度值为187.6℃，继续保持通气10min后开始测试：首先取出保温棉并按刻度标记插入中空管，然后将红外测温枪的激光点通过中空管照射到钢板样品上，逐步调整红外测温枪的黑度系数值，当黑度系数调整到0.64时显示的温度值与热电偶温度187.6℃相近(±1℃范围内)，该黑度系数即视为待油漆钢板表面的黑度系数值。

实施例二：

将样品盛装槽中预先铺设锡箔纸，然后将实验室研究得到的1种红外辐射样品粉末分别放置在样品槽中，压实粉末确保表面平滑。然后将样品槽推放至带孔支撑块孔洞正下方，插入低导热的复合材料质中空管与粉末样品保持2mm距离，标记中空管在顶紧装置的位置，抽出中空管并用保温棉堵塞带孔支撑块的孔洞。合闭法兰后设定热风电加热温度为450℃后，将热空气通入均热腔，15min后热电偶维持稳定温度值为498.5℃，继续保持通气20min后开始测试：首先取出保温棉并按刻度标记插入中空管，然后将红外测温枪的激光点通过中空管照射到粉末样品上，逐步调整红外测温枪的黑度系数值，当黑度系数调整到0.87时显示的温度值与热电偶温度498.5℃相近(±1℃范围内)，该黑度系数即视为该粉末样品的黑度系数值。

上述实施例中通过调整红外测温枪得到的黑度系数与材料本身的黑度系数值相当接近，因此本申请的方案能够快速准确的检测出材料的黑度系数。

Claims (10)

1.黑度系数比对装置，其特征是：包括均热腔(1)，所述均热腔(1)上设有进风口(8)和出风口(9)，所述均热腔(1)内设有样品盛装槽(2)，与样品盛装槽(2)正对的均热腔(1)顶部设有开口，开口外侧设有支撑块(3)，所述支撑块(3)上设有供中空管(4)插入的通孔(31)，所述通孔(31)旁设有顶紧装置(5)，所述均热腔(1)的一端设有可开启的端盖(11)，所述均热腔(1)侧壁上设有热电偶温度测量仪(6)，所述中空管(4)的外壁上设有刻度线。

2.如权利要求1所述的黑度系数比对装置，其特征是：所述均热腔(1)为长条形，所述端盖(11)位于其长度方向的一端，并通过法兰(12)与均热腔主体相连，所述进风口(8)位于端盖(11)上，出风口(9)位于均热腔(1)上与端盖(11)相对的一端。

3.如权利要求2所述的黑度系数比对装置，其特征是：所述均热腔(1)的两端还设有均风孔板(7)，靠近端盖(11)一侧的均风孔板(7)位于端盖(11)上。

4.如权利要求1所述的黑度系数比对装置，其特征是：所述顶紧装置(5)包括与支撑块(3)固定连接的螺栓支架(52)，所述螺栓支架(52)上设有螺纹孔，螺纹孔内设有顶紧螺栓(51)。

5.如权利要求1所述的黑度系数比对装置，其特征是：所述均热腔(1)顶部设有带镜片的观察孔，均热腔内设有冷光源。

6.如权利要求1所述的黑度系数比对装置，其特征是：所述样品盛装槽(2)的内壁和底部铺设有锡箔纸或铝箔纸。

7.如权利要求1所述的黑度系数比对装置，其特征是：所述均热腔(1)底部外侧设有水平调节支架(13)。

8.黑度系数快速测定方法，其特征是：包括如权利要求1-7任意一项所述的黑度系数比对装置，还包括以下步骤：首先将待测样品放入样品盛装槽(2)，然后通过进风口(8)和出风口(9)往均热腔(1)中通入恒温气体，待热电偶温度测量仪(6)显示均热腔(1)中温度稳定后，将中空管(4)向下移动，使其底部接近样品盛装槽(2)中的待测样品，然后用顶紧装置(5)对中空管(4)进行固定，最后采用红外测温枪对准中空管(4)，使其激光点照射在样品上，调整红外测温枪的黑度系数值，直到显示温度与热电偶温度测量仪(6)显示的温度一致，此时对应的黑度系数值即可视为本测试样品的黑度系数。

9.如权利要求8所述的黑度系数快速测定方法，其特征是：在通入恒温气体之前，先对中空管(4)进行封堵，并向下移动中空管(4)，使其底部靠近带测样品，并记录下此时支撑块(3)与中空管(4)上的刻度线对应的位置，然后向上移动中空管(4)，使其远离样品后再进行通气加热，在进行红外测量时，先将中空管(4)移动到先前的刻度位置，再进行后续的比对检测。

10.如权利要求8所述的黑度系数快速测定方法，其特征是：在通入恒温气体的过程中，通过调整进风口(8)和出风口(9)的开口大小，始终保持均热腔(1)内为正压，在观察到热电偶温度测量仪(6)的温度稳定后，需继续保持通气10-20min后再进行红外温度测量。

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