CN202794079U - 法向发射率检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型的法向发射率检测设备，包括步进位移机构、测量系统、加热系统和数据记录系统；其中测量系统包括冷水恒温槽(11)、感受腔(10)、冷腔体(6)、热感受元件(8)和零点校正腔(4)；加热系统包括热水恒温槽(1)、热水循环管路(2)、待测试样腔体(3)和绝对黑体腔(5)；步进位移机构(13)驱动感受腔(10)和冷腔体(6)在待测试样腔体(3)、零点校正腔(4)和绝对黑体腔(5)之间做往复运动，并在每个腔体下停留设定的相应时间以便进行数据测量；数据记录系统(15)记录热辐射输出信号。本实用新型提高了法向发射率的测量精度和测量稳定性。

Description

法向发射率检测设备

技术领域

本实用新型属于功能型热控材料研究领域，特别涉及一种用于检测热控涂层材料热物性参数、太阳吸收比、发射率等指标的设备。 

背景技术

热感受元件平面热电堆的输出信号Φ与辐射的能量成线性关系，Φ_s、Φ_b分别代表待测试样和绝对黑体在同一温度下辐射输出信号，根据法向发射率的定义待测试样表面法向发射率可简化为ε_n＝Φ_s/Φ_b。 

近年来随着功能型热控材料研究的广泛开展，研发新型热控涂层材料及热物性检测技术是评价研究成功和质量可靠性的重要手段之一。任何物体的辐射能量与在同一温度下绝对黑体的辐射能量的比值，称之为该物体的发射率。如果限定物体的辐射只有法向辐射能量与在同一温度下绝对黑体的法向辐射能量之比，可称为法向发射率ε_n。 

目前，国内热物性检测设备，通常包括步进位移机构、测量系统、加热系统和数据记录系统。其中测量系统是将热感受元件平面热电堆安装到感受腔中，感受腔在步进位移机构的驱动下对待测试样腔、零点校正腔和绝对黑体腔进行信号测量；加热系统一般采用电加热方式，分别对待测试样腔和绝对黑体腔进行加热，加热过程中采用温控仪表进行温度的设定和控制。 

在实际测量过程中，步进位移机构在驱动感受腔运动过程中产生热量，而热感受元件对其附近的温度变化非常敏感，随着测量的进行，所得测量结果精度会逐步下降；零点校正腔没有冷却装置，在外界环境变化和设备运行产生热量的影响下，其不能与感受腔保持温度的一致性，使得热感受元件无法实现真正准确的零点校正。设备采用电加热的方式 时，由于是对待测试样腔和绝对黑体腔分别进行加热和控制，由于仪表精度和外界因素等多方面影响，二者的温度很难达到原理中同一温度的要求，即便仪表显示的温度相同，也可能因测温元件和仪表精度问题和真正的温度有区别，而温度的不同会对测量结果的精度产生一定影响。电加热的方式还容易因散热及外界环境因素的影响产生温度的波动，使得测量结果不稳定。因此，目前国内的热物性检测设备基本存在着测量系统不稳定，测温精度不够的问题，迫切需要改进。 

国外的热物性检测主要用于航天飞机等的涂层材料研制、检测，相关内容保密，未见公开使用和文献报道。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种系统稳定，高测量精度的热物性检测设备。 

本实用新型的技术方案是：法向发射率检测设备，包括步进位移机构、测量系统、加热系统和数据记录系统；其中测量系统包括冷水恒温槽、感受腔、冷腔体、热感受元件和零点校正腔；冷水恒温槽通过冷却水循环管路将感受腔、冷腔体和零点校正腔串联成循环回路；热感受元件平面热电堆安装在感受腔中，元件下面用非金属垫圈与感受腔隔开，上面用非金属螺纹压母将其压紧；加热系统包括热水恒温槽、热水循环管路、待测试样腔体和绝对黑体腔；热水恒温槽通过热水循环管路将待测试样腔体和绝对黑体腔串联成循环回路；步进位移机构驱动感受腔和冷腔体在待测试样腔体、零点校正腔和绝对黑体腔之间做往复运动，并在每个腔体下停留设定的相应时间以便进行数据测量；数据记录系统记录热感受元件所测量的待测试样腔体、零点校正腔和绝对黑体腔中的热辐射输出信号。 

所述测量系统中的冷水恒温槽提供5-20℃的恒温冷却水。 

所述加热系统中的热水恒温槽能够提供20-90℃的恒温热水。 

所述热水循环管路、待测试样腔体和绝对黑体腔外部均做保温层。 

所述测量系统中热感受元件上下两面的非金属垫圈和螺纹压母材质为尼龙1010。 

本实用新型与现有技术相比的有益效果是： 

1.本实用新型的测量系统能够提高设备的测量精度和稳定性。在设备运行之前，设置好冷水恒温槽的温度，冷却水循环一定时间后，感受腔、冷腔体和零点校正腔三者冷却并温度均衡；在此后的数据测量阶段中，通过感受腔存在冷却水的隔离步进位移机构的运动热量对热感受元件产生的影响将会很小；零点校正腔内冷却水的存在，为热感受元件提供了一个同一温度下的零点校正源，很大提高了校正精度；冷腔体内冷却水的存在为热感受元件进行测量提供了一个与感受腔相同温度的测量通道，大大减少了外界环境因素对测量精度的影响，进一步提高了整体的测量精度和稳定性。 

2.本实用新型中加热系统的热水恒温槽能够提供稳定温度的热循环水，热水循环管路、待测试样腔体和绝对黑体腔外部均做保温层，很好地缓解散热对温度均匀性的影响；设备运行过程中热水循环一直运行，防止了因环境因素导致的温度波动，使得待测试样腔体和绝对黑体腔能够很好的实现温度的一致性要求。 

3.热感受元件上下两面的非金属垫圈和螺纹压母材质的导热系数很小，延缓了感受腔温度变化及外界环境变化对热感受元件的传导，避免了数据测量的波动，提高了设备稳定性。 

附图说明

图1为本实用新型结构图。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。 

如图1所示，本实用新型的法向发射率检测设备，包括步进位移机 构、测量系统、加热系统和数据记录系统。 

其中测量系统包括冷水恒温槽11、感受腔10、冷腔体6、热感受元件8和零点校正腔4。加热系统包括热水恒温槽1、热水循环管路2、待测试样腔体3和绝对黑体腔5。 

待测试样腔体3、零点校正腔4和绝对黑体腔5位于设备上部；感受腔10和冷腔体6在步进位移机构13的驱动下分别测量待测试样腔3、零点校正腔4和绝对黑体腔5。冷水恒温槽11和热水恒温槽1位于设备外部。 

冷水恒温槽11通过冷却水循环管路12将感受腔10、冷腔体6和零点校正腔4串联成循环回路，在冷水恒温槽11的作用下使得感受腔10、冷腔体6和零点校正腔4达到设定的冷却温度。本实用新型测量系统中的冷水恒温槽11提供5-20℃的恒温冷却水。 

热感受元件8安装在感受腔10中，热感受元件8下面用非金属垫圈9与感受腔10隔开，上面用非金属螺纹压母7将其压紧。本实用新型测量系统中热感受元件8上下两面的非金属垫圈和螺纹压母材质为尼龙1010。 

热水恒温槽1通过热水循环管路2将待测试样腔体3和绝对黑体腔5串联成循环回路，通过包裹保温层14对热水循环管路2、待测试样腔体3和绝对黑体腔5进行保温，减少散热引起的温度波动。数据测量过程中热水恒温槽1持续运行，循环加热测试样腔体3和绝对黑体腔5，保证其温度一致性的要求。本实用新型加热系统中的热水恒温槽够提供20-90℃的恒温热水。 

步进位移机构13驱动感受腔10和冷腔体6在待测试样腔3、零点校正腔4和绝对黑体腔5之间做往复运动，并在每个腔体下停留设定的相应时间以便进行数据测量。数据记录系统15记录感受腔10内的热感受元件平面热电堆测量待测试样腔体3、零点校正腔4和绝对黑体腔5 中的热辐射输出信号，并根据法向发射率公式计算出待测试样的法相发射率。 

通过本实用新型所示的法相发射率测试设备，能够为热控涂层材料测量出精度非常高的法相发生率数值，为生产或科研研究提供准确的数据依据。设备测量一定次数或时间后，需要设备停机进行系统冷却，从而更好的保证测量精度和稳定性。 

当然，对本实用新型的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本实用新型的保护范围。 

本实用新型说明书未公开的技术属本领域公知技术。 

Claims (3)

1.法向发射率检测设备，其特征在于：包括步进位移机构(13)、测量系统、加热系统和数据记录系统；其中测量系统包括冷水恒温槽(11)、感受腔(10)、冷腔体(6)、热感受元件(8)和零点校正腔(4)；冷水恒温槽(11)通过冷却水循环管路将感受腔(10)、冷腔体(6)和零点校正腔(4)串联成循环回路；热感受元件(8)安装在感受腔(10)中，元件下面用非金属垫圈与感受腔(10)隔开，上面用非金属螺纹压母将其压紧；加热系统包括热水恒温槽(1)、热水循环管路(2)、待测试样腔体(3)和绝对黑体腔(5)；热水恒温槽(1)通过热水循环管路(2)将待测试样腔体(3)和绝对黑体腔(5)串联成循环回路；步进位移机构(13)驱动感受腔(10)和冷腔体(6)在待测试样腔体(3)、零点校正腔(4)和绝对黑体腔(5)之间做往复运动，并在每个腔体下停留设定的相应时间以便进行数据测量；数据记录系统(15)记录热感受元件(8)所测量的待测试样腔体(3)、零点校正腔(4)和绝对黑体腔(5)中的热辐射输出信号。 

2.根据权利要求1的法向发射率检测设备，其特征在于：所述热水循环管路(2)、待测试样腔体(3)和绝对黑体腔(5)外部均有保温层。 

3.根据权利要求1的法向发射率检测设备，其特征在于：所述测量系统中热感受元件(8)上下两面的非金属垫圈和螺纹压母的材质为尼龙1010。