专利名称：一种材料黑度系数的测试方法
技术领域：
本发明属于黑度系数的一种测试方法，特别涉及利用比较法测试材料在不同温度下的黑度系数。
背景技术：
黑体是一种理想物体，它们在相同的温度下都发出同样的电磁波谱，而与黑体的具体成分和形状等特性无关。材料的黑度系数在红外测温时是一个非常重要的参数，黑度系数的准确性直接影响红外测温的精度。
红外测温是辐射式测温的一种，是利用物体的热辐射现象来测量物体温度的。红外辐射的基本依据是斯特藩-玻耳兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。斯特藩和玻耳兹曼通过实验和计算得出黑体热辐射定律M0(T)＝σT4，式中M0(T)为温度为T时，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能，称为总辐出度，σ为斯特藩-玻耳兹曼常量，T为物体温度。实际物体(非黑体)的辐射定律一般比较复杂，需借助于黑体的辐射定律来研究。
发明内容
针对金属材料在高温时黑度系数的测量技术难题，本发明的目的是提供一种新的黑度系数测量方法，采用红外测温仪和热电偶相比较的方法测试材料不同温度下的黑度系数，以解决红外测温和其它工业设计需要。
本发明的技术方案是材料黑度系数测试方法，具体步骤如下(1)黑度系数参考值ε0的确定取被测材料某一温度下(如室温)的黑度系数或取同类材料的黑度系数值作为黑度系数参考值ε0，通过查阅相关资料确定；(2)使用红外测温仪对某一温度下的材料进行测温，在用红外测温仪测温时输入的黑度系数参考值ε0，记录红外测温结果T1；(3)使用热电偶对相同温度下的材料进行测温，记录测温结果T2；(4)利用公式ε1＝ε0(T1/T2)4就可以得到某一温度下的材料黑度系数；(5)重复2，3，4步骤，取测试结果的平均值即为材料黑度系数值；(6)将计算出的黑度系数值ε1重新输入红外测温仪，再按上述步骤测量材料的黑度系数值，检验黑度系数值ε1的计算精度；如此反复，直至红外测温仪的温度值与热电偶的温度值相同，误差在±2℃时，即可得到准确的黑度系数值。
所述步骤(2)与步骤(3)中的温度为相同时间和相同位置测量的温度。
本发明的原理红外测温仪测温的基本原理是直接测试材料的辐射能，然后通过黑度辐射定律及测试前输入的黑度系数，最终计算并读出发热体温度T。黑体辐射定律为W＝CεσT4，其中W为总的辐射通量密度(W/cm2)；ε为黑度系数(发射率)；σ为玻尔兹曼常数(W/cm2·K4)；C为比例系数。在用红外测温仪测温时，必须在测试前先输入材料的参考黑度系数，由总的辐射通量密度计算式可知所输入的参考黑度系数值将直接影响最终读出的测试温度值T1。而用热电偶测温时可以直接读出材料的测试温度T2。通过不断修正所输入的黑度系数参考值，最终使T2和T1基本相等，此时的黑度系数参考值就非常接近实际的黑度系数值。
在测试时具体采用如下方案由于在一定的温度下材料的辐射能是一定的，根据黑体辐射定律W＝CεσT4，可以计算材料在某温度下的黑度系数，即w=cϵσT4→W=Cϵ0σT14=Cϵ1σT24·]]>则可以根据黑度系数参考值ε0计算出准确的黑度系数值ε1，即ε1＝ε0(T1/T2)4。
本发明的有益效果是(1)本发明采用红外测温仪和热电偶相比较的方法测试材料不同温度下的黑度系数，可以应用于红外测温和其它工业设计需要。
(2)本发明根据黑体辐射定律和红外测温仪测温的基本原理以及热电偶的测温方法相结合，采用本发明获得的黑度系数值输入红外测温仪进行测温，温度测试精度可达到±2℃。而相关资料中的黑度系数值一般都在室温和小于100℃时的值，不能满足高温时红外测温和工业实际需要，对于高温时的黑度系数值的测量很难进行。
(3)本发明特别适合于测试金属材料在高温时(600℃以上)的黑度系数。
图1为本发明试样尺寸与测试方法示意图。
具体实施例方式
如图1所示，圆柱形试样径向分别开有两个孔1、2，分别用红外测温仪和热电偶测量试样中轴线位置的温度，图中两个孔1、2的中心距小于50mm，本发明材料黑度系数测试方法，具体步骤如下(1)黑度系数参考值ε0的确定取被测材料某一温度下(如室温)的黑度系数值或取同类材料某条件下的黑度系数值作为黑度系数参考值ε0，通过查阅相关资料确定；(2)使用红外测温仪对某一温度下的材料进行测温，在用红外测温仪测温时输入的黑度系数参考值ε0，记录红外测温结果T1；(3)使用热电偶对相同温度下的材料进行测温，记录测温结果T2；(4)利用公式ε1＝ε0(T1/T2)4就可以得到某一温度下的材料黑度系数；(5)重复2，3，4步骤，取测试结果的平均值即为材料黑度系数值，结果见表1；(6)将计算出的黑度系数值ε1重新输入红外测温仪，再按上述步骤测量材料的黑度系数值，检验黑度系数值ε1的计算精度；如此反复，直至红外测温仪的温度值与热电偶的温度值相同，误差在±2℃时，即可得到准确的黑度系数值。输入准确的黑度系数值后的红外测温仪的温度值见表2。
下面结合实施例对本发明进一步说明(见表1)。
表1黑度系数的测试实施例
表2黑度系数修改后的测试结果
采用本发明获得的黑度系数值输入红外测温仪进行测温，温度测试精度可达到±2℃。试验证明，本发明测试黑度系数的方法适合于金属材料，也适合于非金属材料，尤其适合于测试金属材料在高温时(600℃以上)的黑度系数。
权利要求
1.一种材料黑度系数的测试方法，其特征在于根据黑体辐射定律和红外测温仪测温的基本原理以及热电偶的测温方法相结合；测试步骤包括(1)黑度系数参考值ε0的确定取被测材料某一温度下的黑度系数或取同类材料的黑度系数值作为黑度系数参考值ε0，通过查阅相关资料确定；(2)使用红外测温仪对某一温度下的材料进行测温，在用红外测温仪测温时输入的黑度系数参考值ε0，记录红外测温结果T1；(3)使用热电偶对相同温度下的材料进行测温，记录测温结果T2；(4)利用公式ε1＝ε0(T1/T2)4就可以得到某一温度下的材料黑度系数；(5)重复2，3，4步骤，取测试结果的平均值即为材料黑度系数值；(6)将计算出的黑度系数值ε1重新输入红外测温仪，再按上述步骤测量材料的黑度系数值，检验黑度系数值ε1的计算精度；如此反复，直至红外测温仪的温度值与热电偶的温度值相同，误差在±2℃时，即可得到准确的黑度系数值；所述步骤(2)与步骤(3)中的温度为相同时间和相同位置测量的温度。
2.按照权利要求1所述的材料黑度系数的测试方法，其特征在于所述步骤(5)重复次数在3次以上。
3.按照权利要求1所述的材料黑度系数的测试方法，其特征在于测试黑度系数的方法适合于金属材料，也适合于非金属材料。
4.按照权利要求1所述的材料黑度系数的测试方法，其特征在于测试黑度系数的方法尤其适合于测试金属材料在600℃以上高温时的黑度系数。
全文摘要
本发明涉及一种材料在不同温度下的黑度系数的测量方法，具体测试步骤包括1.黑度系数参考值ε
文档编号G01N25/00GK1982876SQ20051004798
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者张士宏, 王忠堂, 李冰, 李章刚 申请人:中国科学院金属研究所