專利名稱：發(fā)射系數(shù)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及測量溫度的計量器具領(lǐng)域，尤其涉及一種能準(zhǔn)確快速測量發(fā)射系數(shù)的發(fā)射系數(shù)測量儀。
背景技術(shù)：
高于絕對零度的物體，都會向其所在環(huán)境輻射紅外。這種因物體自身溫度而向外發(fā)射能量稱為熱輻射。熱輻射的強(qiáng)度及光譜成分與輻射體的溫度有很大的關(guān)系，所以熱輻射也被稱為溫度輻射。熱輻射的規(guī)律是自然界普遍規(guī)律之一，它是紅外物理及其應(yīng)用領(lǐng)域中理論研究和技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。熱輻射與其它形式的輻射不同。對于一個孤立的系統(tǒng)，熱輻射形式的能量交換能達(dá)到熱平衡，而對于其他輻射，如電致發(fā)光，光致發(fā)電，化學(xué)發(fā)光等， 它們的輻射都不是平衡的。在熱平衡條件下，所有物體在給定溫度下，對某一波長來說，物體的發(fā)射本領(lǐng)和吸收本領(lǐng)的比值與物體自身的性質(zhì)無系，它對于一切物體都是恒量。即輻射出度Μ(λ，Τ)和吸收比α (λ,Τ)兩者因物體不同都改變很大。但Μ(λ，Τ)/α ( λ，Τ)對所有物體來說，都是波長和溫度的普適函數(shù)。這就是基爾霍夫定律。由該定律推導(dǎo)得知，物體的輻射只依賴于輻射波長和溫度，與構(gòu)成物體的材料無關(guān)。然而，實際物體的輻射，除依賴于波長和溫度外，還與構(gòu)成物體的材料性質(zhì)有關(guān)。為此， 需要引入一個與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量，即發(fā)射率。發(fā)射率就是實際物體與同等溫度黑體在相同條件下的輻射能通量之比。所謂相同條件是指相同的幾何條件(發(fā)射輻射的面積，測量輻射功率的立體角和方向)和光譜條件 (測量輻射通量的光譜范圍)。那么，為什么要研究或者測量物體的發(fā)射率呢？衣物的材料的發(fā)射率，關(guān)系到衣物的保溫性能。航天航空器殼體材料的發(fā)射率特性對其飛行安全非常重要，例如發(fā)射率小的材料，可以起到很好的隱形作用。發(fā)射率高的材料，可以很容易的操控等等。物體發(fā)射率特性的掌握和研究，和我們的生產(chǎn)生活有密切的聯(lián)系。以上都是關(guān)于發(fā)射率引出的原理及目的。為此，本實用新型的設(shè)計者通過潛心研究和設(shè)計，綜合長期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和成果，研究設(shè)計出一種發(fā)射系數(shù)測量儀，其能對物體的發(fā)射系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的測量。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種發(fā)射系數(shù)測量儀，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，其能對物體的發(fā)射系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的測量，且在測量中，保證了條件的相同，提高了測量的精度和效率。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型公開了一種發(fā)射系數(shù)測量儀，該發(fā)射系數(shù)測量儀包含真空罩、光學(xué)系統(tǒng)、輻射測量系統(tǒng)和黑體爐裝置；真空罩18為矩形真空罩體，其內(nèi)設(shè)有光學(xué)系統(tǒng)和黑體爐裝置，其特征在于該黑體爐裝置包含黑體腔9、鎖緊法蘭11、感應(yīng)圈16和外殼17，黑體腔9兩端具有相互隔開的開口，其左端的開口為黑體輻射開口，其右端的開口為試樣輻射開口，該試樣輻射開口設(shè)有試樣凹槽以放置待測試10，在試樣凹槽外側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋，一鎖緊法蘭11位于該試樣輻射開口且具有與該內(nèi)螺紋嚙合的外螺紋以將待測試樣10固定于試樣凹槽內(nèi)，感應(yīng)圈16均勻的螺旋圍繞該黑體腔9的外圍，該感應(yīng)圈(16)的兩端分別為A電極19和B電極 20 ；該光學(xué)系統(tǒng)包含第一反射鏡1、第二反射鏡2、中間反射鏡3、第三反射鏡4、第四反射鏡5、測量窗口 6和伺服電機(jī)7 ；該第一反射鏡1位于黑體輻射開口外側(cè)以將黑體輻射開口的射出紅外線朝下方反射，該第三反射鏡3位于該第一反射鏡1的下側(cè)以將從第一反射鏡1的反射紅外線朝中間反射鏡3反射；該第二反射鏡2位于試樣輻射開口外側(cè)以將試樣輻射開口的射出紅外線朝下方反射，該第四反射鏡5位于該第二反射鏡2的下側(cè)以將從第二反射鏡2的反射紅外線朝中間反射鏡3反射；該中間反射鏡3設(shè)置于第二反射鏡3和第四反射鏡5的中間位置以將第二反射鏡3和第四反射鏡5的反射紅外線朝設(shè)置于真空罩18 上的測量窗口 6反射；伺服電機(jī)7設(shè)置于該中間反射鏡6上以控制其轉(zhuǎn)動。其中輻射測量系統(tǒng)設(shè)置于真空罩18的外側(cè)，其包含單色儀21、輻射出度測量儀 22、信號處理系統(tǒng)23和輸出顯示裝置M ；該單色儀21設(shè)置于上述測量窗口 6的外側(cè)，輻射出度測量儀22連接于該單色儀21，信號處理系統(tǒng)23連接該輻射出度測量儀22，輸出顯示裝置M連接于該信號處理裝置23。其中在黑體腔9和感應(yīng)圈16之間還具有石墨套管14和保溫層15，石墨套管14 設(shè)置于黑體腔9的外圍且兩端伸出黑體腔9，該石墨套管14的兩端分別設(shè)置有第一水冷法蘭12和第二水冷法蘭13，保溫層15設(shè)置于該石墨套管14的外層。其中在感應(yīng)圈16外設(shè)置有該外殼17，該外殼17固定于真空罩18內(nèi)。其中還包含控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包含主控系統(tǒng)25、真空系統(tǒng)沈、真空度檢測系統(tǒng)27、水壓檢測系統(tǒng)^、PID控制器四、溫度測量系統(tǒng)30、冷卻水泵31、IGBT驅(qū)動電路32、 高頻電源33、頻率檢測系統(tǒng)34、電壓檢測系統(tǒng)35、電流檢測系統(tǒng)36以及固定于黑體腔內(nèi)的熱電偶8，其中，冷卻水泵31與第一水冷法蘭12和第二水冷法蘭13連通，高頻電源33與A 電極19和B電極20連接，真空系統(tǒng)沈與真空罩18連接以提供其內(nèi)的真空，真空度檢測系統(tǒng)27與真空罩18內(nèi)的真空傳感器連接，溫度測量系統(tǒng)30與該熱電偶8連接。其中主控系統(tǒng)25與真空系統(tǒng)沈、水壓檢測系統(tǒng)28以及PID控制器四連接，該真空系統(tǒng)沈與真空度檢測系統(tǒng)27連接，該水壓檢測系統(tǒng)28與冷卻水泵31連接，該PID控制器四與溫度測量系統(tǒng)30和IGBT驅(qū)動電路32連接，該IGBT驅(qū)動電路32與高頻電源33、 頻率檢測系統(tǒng)34、電壓檢測系統(tǒng)35和電流檢測系統(tǒng)36連接。通過上述結(jié)構(gòu)，本實用新型能實現(xiàn)以下技術(shù)效果1、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；2、熱試樣置于黑體腔體材料中，并在相同加熱條件下，確保黑體和試樣處于相同的環(huán)境；3、系統(tǒng)采用的電磁加熱技術(shù)，及感應(yīng)線圈的繞組，加熱均勻；4、黑體輻射出度和待測物體輻射出度由同一凹鏡分時反射，消除了由光學(xué)器件離散性引起的測量誤差，提高了精確度。本實用新型的詳細(xì)內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。
圖1顯示了本實用新型的發(fā)射系數(shù)測量儀的示意圖。圖2顯示了本實用新型的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記含義如下1、第一發(fā)射鏡；2、第二反射鏡；3、中間反射鏡；4、第三反射鏡；5、第四反射鏡；6、 測量窗口 ；7、伺服電機(jī)；8、熱電偶(鎢-錸熱電偶)；9、黑體腔；10、待測試樣；11、鎖緊法蘭；12、第一水冷法蘭；13、第二水冷法蘭；14、石墨套管；15、保溫層；16、感應(yīng)圈；17、外殼； 18、真空罩；19、A電極；20、B電極；21、單色儀；22、輻射出度測量儀；23、信號處理系統(tǒng)；24、 輸出顯示裝置；25、主控系統(tǒng)；26、真空系統(tǒng)；27、真空度檢測系統(tǒng)；28、水壓檢測系統(tǒng)；29、 PID控制器；30、溫度測量系統(tǒng)；31、冷卻水泵；32、IGBT驅(qū)動電路；33、高頻電源；34、頻率檢測系統(tǒng)；35、電壓檢測系統(tǒng)；36、電流檢測系統(tǒng)。
具體實施方式
參見圖1，顯示了本實用新型的發(fā)射系數(shù)測量儀的示意圖，該發(fā)射系數(shù)測量儀包含真空罩、光學(xué)系統(tǒng)、輻射測量系統(tǒng)、黑體爐裝置以及控制系統(tǒng)；真空罩18為矩形真空罩體， 其內(nèi)設(shè)有光學(xué)系統(tǒng)和黑體爐裝置。其中，該黑體爐裝置至少包含黑體腔9、鎖緊法蘭11、感應(yīng)圈16和外殼17，黑體腔 9兩端具有相互隔開的開口，其左端的開口為黑體輻射開口，其右端的開口為試樣輻射開口，該試樣輻射開口設(shè)有試樣凹槽以放置待測試樣10，在試樣凹槽外側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋，一鎖緊法蘭11位于該試樣輻射開口，其上具有與該內(nèi)螺紋嚙合的外螺紋以將待測試樣10固定于試樣凹槽內(nèi)，感應(yīng)圈16為均勻的螺旋圍繞該黑體腔9的外圍，該感應(yīng)圈16的兩端分別為A 電極19禾口 B電極20。其中，該光學(xué)系統(tǒng)包含第一反射鏡1、第二反射鏡2、中間反射鏡3、第三反射鏡4、 第四反射鏡5、測量窗口 6和伺服電機(jī)7 ；該第一反射鏡1和第三反射鏡4組成黑體輻射反射系統(tǒng)，該第一反射鏡1位于黑體輻射開口外側(cè)以將黑體輻射開口的射出紅外線朝下方反射，該第三反射鏡3位于該第一反射鏡1的下側(cè)以將從第一反射鏡1的反射紅外線朝中間反射鏡3反射；該第二反射鏡2和第四反射鏡5組成試樣輻射反射系統(tǒng)，該第二反射鏡2位于試樣輻射開口外側(cè)以將試樣輻射開口的射出紅外線朝下方反射，該第四反射鏡5位于該第二反射鏡2的下側(cè)以將從第二反射鏡2的反射紅外線朝中間反射鏡3反射；該中間反射鏡3設(shè)置于第二反射鏡3和第四反射鏡5的中間位置以將第二反射鏡3和第四反射鏡5的反射紅外線朝設(shè)置于真空罩18上的測量窗口 6反射；伺服電機(jī)7設(shè)置于該中間反射鏡6上以控制其轉(zhuǎn)動。優(yōu)選的是，在黑體腔9和感應(yīng)圈16之間還具有石墨套管14和保溫層15，石墨套管 14設(shè)置于黑體腔9的外圍且兩端伸出黑體腔9，該石墨套管14的兩端分別設(shè)置有第一水冷法蘭12和第二水冷法蘭13，該第一水冷法蘭12和第二水冷法蘭13上具有與該石墨套管 14上的內(nèi)螺紋嚙合的外螺紋，保溫層15設(shè)置于該石墨套管14的外層以提供保溫效果。[0031]優(yōu)選的是，在感應(yīng)圈16外設(shè)置有外殼17，該外殼17固定于真空罩18內(nèi)以將黑體
爐裝置固定于真空罩上。其中，輻射測量系統(tǒng)設(shè)置于真空罩18的外側(cè)，其包含單色儀21、輻射出度測量儀 22、信號處理系統(tǒng)23和輸出顯示裝置M ；該單色儀21設(shè)置于上述測量窗口 6的外側(cè)以接收該中間反射鏡3反射的紅外線，輻射出度測量儀22連接于該單色儀21以得到輻射度，信號處理系統(tǒng)23連接該輻射出度測量儀22已進(jìn)行信號處理，輸出顯示裝置M連接于該信號處理裝置23以進(jìn)行信號和輻射度的輸出和顯示。其中，控制系統(tǒng)包含主控系統(tǒng)25、真空系統(tǒng)沈、真空度檢測系統(tǒng)27、水壓檢測系統(tǒng) 28、PID控制器四、溫度測量系統(tǒng)30、冷卻水泵31、IGBT驅(qū)動電路32、高頻電源33、頻率檢測系統(tǒng)34、電壓檢測系統(tǒng)35、電流檢測系統(tǒng)36以及固定于黑體腔內(nèi)的熱電偶8，其中，冷卻水泵31與第一水冷法蘭12和第二水冷法蘭13連通以提供水冷循環(huán)，高頻電源33與A電極19和B電極20連接以為感應(yīng)圈16提供高頻電，真空系統(tǒng)沈與真空罩18連接以提供其內(nèi)的真空，真空度檢測系統(tǒng)27與真空罩18內(nèi)的真空傳感器(未示出)連接以測量真空罩 18內(nèi)的真空度，溫度測量系統(tǒng)30與該熱電偶8連接以測量黑體腔內(nèi)的溫度并提供溫度信號；其中，主控系統(tǒng)25與真空系統(tǒng)沈、水壓檢測系統(tǒng)觀以及PID控制器四連接，該真空系統(tǒng)沈與真空度檢測系統(tǒng)27連接，該水壓檢測系統(tǒng)28與冷卻水泵31連接，該PID控制器四與溫度測量系統(tǒng)30和IGBT驅(qū)動電路32連接，該IGBT驅(qū)動電路32與高頻電源33、頻率檢測系統(tǒng)34、電壓檢測系統(tǒng)35和電流檢測系統(tǒng)36連接。本實用新型的發(fā)射系數(shù)測量儀是用于測量物體發(fā)射率特性參數(shù)的儀器。由于物體的輻射特性會隨物體溫度變化發(fā)生變化，所以該設(shè)備可以用于測量各種溫度，優(yōu)選 300-2500°C，的環(huán)境下，物體的發(fā)射率。其中，整個系統(tǒng)工作在一個密封的真空環(huán)境中，這樣不僅可以克服待測試樣在高溫環(huán)境中的氧化問題，也可以確保黑體腔在穩(wěn)定的環(huán)境中工作；儀器使用之前，將待測試樣 10安裝到如圖所示的位置，并用鎖緊法蘭11緊固在黑體腔9上；水冷法蘭12、13確保黑體輻射和待測試樣輻射具有相同的條件；單色儀保證黑體輻射和待測試樣輻射相同的光譜條件，溫度測量及控制系統(tǒng)保證了黑體輻射和待測試樣相同的溫度條件?；谏厦娴拿枋?，當(dāng)儀器在某個溫度(T)，啟動伺服電機(jī)7，使中間反光鏡3成 90度角轉(zhuǎn)動，當(dāng)反光鏡的凹面向A'時輻射出度測量儀測得溫度T時黑體的輻射出度 MA' (λ，T)，當(dāng)反光鏡凹面向B'時輻射出度測量儀測得溫度T時待測試樣的的輻射出度 MB' (λ，Τ)。通過信號處理系統(tǒng)。計算出溫度Τ，波長λ時，待測試樣的發(fā)射率ε。
系統(tǒng)中發(fā)射率的計算公式
權(quán)利要求1.一種發(fā)射系數(shù)測量儀，該發(fā)射系數(shù)測量儀包含真空罩、光學(xué)系統(tǒng)、輻射測量系統(tǒng)和黑體爐裝置；真空罩(18)為矩形真空罩體，其內(nèi)設(shè)有光學(xué)系統(tǒng)和黑體爐裝置，其特征在于該黑體爐裝置包含黑體腔(9)、鎖緊法蘭(11)、感應(yīng)圈(16)和外殼(17)，黑體腔(9)兩端具有相互隔開的開口，其左端的開口為黑體輻射開口，其右端的開口為試樣輻射開口，該試樣輻射開口設(shè)有試樣凹槽以放置待測試(10)，在試樣凹槽外側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋，一鎖緊法蘭 (11)位于該試樣輻射開口且具有與該內(nèi)螺紋嚙合的外螺紋以將待測試樣(10)固定于試樣凹槽內(nèi)，感應(yīng)圈(16)均勻的螺旋圍繞該黑體腔(9)的外圍，該感應(yīng)圈(16)的兩端分別為A 電極(19)和B電極(20)；該光學(xué)系統(tǒng)包含第一反射鏡(1)、第二反射鏡O)、中間反射鏡(3)、第三反射鏡(4)、第四反射鏡(5)、測量窗口(6)和伺服電機(jī)(7)；該第一反射鏡(1)位于黑體輻射開口外側(cè)以將黑體輻射開口的射出紅外線朝下方反射，該第三反射鏡(3)位于該第一反射鏡(1)的下側(cè)以將從第一反射鏡(1)的反射紅外線朝中間反射鏡(3)反射；該第二反射鏡(2)位于試樣輻射開口外側(cè)以將試樣輻射開口的射出紅外線朝下方反射，該第四反射鏡(5)位于該第二反射鏡O)的下側(cè)以將從第二反射鏡O)的反射紅外線朝中間反射鏡(3)反射；該中間反射鏡(3)設(shè)置于第二反射鏡(3)和第四反射鏡(5)的中間位置以將第二反射鏡(3)和第四反射鏡(5)的反射紅外線朝設(shè)置于真空罩(18)上的測量窗口(6)反射；伺服電機(jī)(7)設(shè)置于該中間反射鏡(6)上以控制其轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射系數(shù)測量儀，其特征在于輻射測量系統(tǒng)設(shè)置于真空罩(18)的外側(cè)，其包含單色儀(21)、輻射出度測量儀(22)、信號處理系統(tǒng)和輸出顯示裝置04)；該單色儀設(shè)置于上述測量窗口(6)的外側(cè)，輻射出度測量儀0 連接于該單色儀(21)，信號處理系統(tǒng)連接該輻射出度測量儀(22)，輸出顯示裝置04)連接于該信號處理裝置03)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)射系數(shù)測量儀，其特征在于在黑體腔(9)和感應(yīng)圈(16) 之間還具有石墨套管(14)和保溫層(15)，石墨套管(14)設(shè)置于黑體腔(9)的外圍且兩端伸出黑體腔(9)，該石墨套管(14)的兩端分別設(shè)置有第一水冷法蘭(1 和第二水冷法蘭 (13)，保溫層(15)設(shè)置于該石墨套管(14)的外層。
4.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)射系數(shù)測量儀，其特征在于在感應(yīng)圈(16)外設(shè)置有該外殼(17)，該外殼(17)固定于真空罩(18)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)射系數(shù)測量儀，其特征在于還包含控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包含主控系統(tǒng)(25)、真空系統(tǒng)( )、真空度檢測系統(tǒng)(27)、水壓檢測系統(tǒng)Q8)、PID控制器 (四)、溫度測量系統(tǒng)(30)、冷卻水泵(31)、IGBT驅(qū)動電路(32)、高頻電源(33)、頻率檢測系統(tǒng)(34)、電壓檢測系統(tǒng)(35)、電流檢測系統(tǒng)(36)以及固定于黑體腔內(nèi)的熱電偶(8)，其中， 冷卻水泵(31)與第一水冷法蘭(1 和第二水冷法蘭(1 連通，高頻電源(3 與A電極(19)和B電極OO)連接，真空系統(tǒng)06)與真空罩(18)連接以提供其內(nèi)的真空，真空度檢測系統(tǒng)(XT)與真空罩(18)內(nèi)的真空傳感器連接，溫度測量系統(tǒng)(30)與該熱電偶(8)連接。
6 如權(quán)利要求5所述的發(fā)射系數(shù)測量儀，其特征在于主控系統(tǒng)05)與真空系統(tǒng) (沈)、水壓檢測系統(tǒng)08)以及PID控制器09)連接，該真空系統(tǒng)06)與真空度檢測系統(tǒng) (27)連接，該水壓檢測系統(tǒng)08)與冷卻水泵(31)連接，該PID控制器09)與溫度測量系統(tǒng)(30)和IGBT驅(qū)動電路(3 連接，該IGBT驅(qū)動電路(3 與高頻電源(33)、頻率檢測系統(tǒng)(34)、電壓檢測系統(tǒng)(35)和電流檢測系統(tǒng)(36)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種發(fā)射系數(shù)測量儀，該發(fā)射系數(shù)測量儀包含真空罩、光學(xué)系統(tǒng)、輻射測量系統(tǒng)和黑體爐裝置；真空罩(18)為矩形真空罩體，其內(nèi)設(shè)有光學(xué)系統(tǒng)和黑體爐裝置，該測量儀結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，其能對物體的發(fā)射系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的測量，且在測量中，保證了條件的相同，提高了測量的精度和效率。
文檔編號G01N25/20GK202196029SQ20112029650
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者王?？?申請人:武漢迪凱光電科技有限公司