专利名称：发射系数测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量温度的计量器具领域，尤其涉及一种能准确快速测量发射系数的发射系数测量仪。
背景技术：
高于绝对零度的物体，都会向其所在环境辐射红外。这种因物体自身温度而向外发射能量称为热辐射。热辐射的强度及光谱成分与辐射体的温度有很大的关系，所以热辐射也被称为温度辐射。热辐射的规律是自然界普遍规律之一，它是红外物理及其应用领域中理论研究和技术应用的基础。热辐射与其它形式的辐射不同。对于一个孤立的系统，热辐射形式的能量交换能达到热平衡，而对于其他辐射，如电致发光，光致发电，化学发光等， 它们的辐射都不是平衡的。在热平衡条件下，所有物体在给定温度下，对某一波长来说，物体的发射本领和吸收本领的比值与物体自身的性质无系，它对于一切物体都是恒量。即辐射出度Μ(λ，Τ)和吸收比α (λ,Τ)两者因物体不同都改变很大。但Μ(λ，Τ)/α ( λ，Τ)对所有物体来说，都是波长和温度的普适函数。这就是基尔霍夫定律。由该定律推导得知，物体的辐射只依赖于辐射波长和温度，与构成物体的材料无关。然而，实际物体的辐射，除依赖于波长和温度外，还与构成物体的材料性质有关。为此， 需要引入一个与材料性质有关的物理量，即发射率。发射率就是实际物体与同等温度黑体在相同条件下的辐射能通量之比。所谓相同条件是指相同的几何条件(发射辐射的面积，测量辐射功率的立体角和方向)和光谱条件 (测量辐射通量的光谱范围)。那么，为什么要研究或者测量物体的发射率呢？衣物的材料的发射率，关系到衣物的保温性能。航天航空器壳体材料的发射率特性对其飞行安全非常重要，例如发射率小的材料，可以起到很好的隐形作用。发射率高的材料，可以很容易的操控等等。物体发射率特性的掌握和研究，和我们的生产生活有密切的联系。以上都是关于发射率引出的原理及目的。为此，本实用新型的设计者通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种发射系数测量仪，其能对物体的发射系数进行准确而快速的测量。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种发射系数测量仪，其结构简单，操作方便，其能对物体的发射系数进行准确而快速的测量，且在测量中，保证了条件的相同，提高了测量的精度和效率。为实现上述目的，本实用新型公开了一种发射系数测量仪，该发射系数测量仪包含真空罩、光学系统、辐射测量系统和黑体炉装置；真空罩18为矩形真空罩体，其内设有光学系统和黑体炉装置，其特征在于该黑体炉装置包含黑体腔9、锁紧法兰11、感应圈16和外壳17，黑体腔9两端具有相互隔开的开口，其左端的开口为黑体辐射开口，其右端的开口为试样辐射开口，该试样辐射开口设有试样凹槽以放置待测试10，在试样凹槽外侧设有内螺纹，一锁紧法兰11位于该试样辐射开口且具有与该内螺纹啮合的外螺纹以将待测试样10固定于试样凹槽内，感应圈16均勻的螺旋围绕该黑体腔9的外围，该感应圈(16)的两端分别为A电极19和B电极 20 ；该光学系统包含第一反射镜1、第二反射镜2、中间反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、测量窗口 6和伺服电机7 ；该第一反射镜1位于黑体辐射开口外侧以将黑体辐射开口的射出红外线朝下方反射，该第三反射镜3位于该第一反射镜1的下侧以将从第一反射镜1的反射红外线朝中间反射镜3反射；该第二反射镜2位于试样辐射开口外侧以将试样辐射开口的射出红外线朝下方反射，该第四反射镜5位于该第二反射镜2的下侧以将从第二反射镜2的反射红外线朝中间反射镜3反射；该中间反射镜3设置于第二反射镜3和第四反射镜5的中间位置以将第二反射镜3和第四反射镜5的反射红外线朝设置于真空罩18 上的测量窗口 6反射；伺服电机7设置于该中间反射镜6上以控制其转动。其中辐射测量系统设置于真空罩18的外侧，其包含单色仪21、辐射出度测量仪 22、信号处理系统23和输出显示装置M ；该单色仪21设置于上述测量窗口 6的外侧，辐射出度测量仪22连接于该单色仪21，信号处理系统23连接该辐射出度测量仪22，输出显示装置M连接于该信号处理装置23。其中在黑体腔9和感应圈16之间还具有石墨套管14和保温层15，石墨套管14 设置于黑体腔9的外围且两端伸出黑体腔9，该石墨套管14的两端分别设置有第一水冷法兰12和第二水冷法兰13，保温层15设置于该石墨套管14的外层。其中在感应圈16外设置有该外壳17，该外壳17固定于真空罩18内。其中还包含控制系统，该控制系统包含主控系统25、真空系统沈、真空度检测系统27、水压检测系统^、PID控制器四、温度测量系统30、冷却水泵31、IGBT驱动电路32、 高频电源33、频率检测系统34、电压检测系统35、电流检测系统36以及固定于黑体腔内的热电偶8，其中，冷却水泵31与第一水冷法兰12和第二水冷法兰13连通，高频电源33与A 电极19和B电极20连接，真空系统沈与真空罩18连接以提供其内的真空，真空度检测系统27与真空罩18内的真空传感器连接，温度测量系统30与该热电偶8连接。其中主控系统25与真空系统沈、水压检测系统28以及PID控制器四连接，该真空系统沈与真空度检测系统27连接，该水压检测系统28与冷却水泵31连接，该PID控制器四与温度测量系统30和IGBT驱动电路32连接，该IGBT驱动电路32与高频电源33、 频率检测系统34、电压检测系统35和电流检测系统36连接。通过上述结构，本实用新型能实现以下技术效果1、结构简单，操作方便；2、热试样置于黑体腔体材料中，并在相同加热条件下，确保黑体和试样处于相同的环境；3、系统采用的电磁加热技术，及感应线圈的绕组，加热均勻；4、黑体辐射出度和待测物体辐射出度由同一凹镜分时反射，消除了由光学器件离散性引起的测量误差，提高了精确度。本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
图1显示了本实用新型的发射系数测量仪的示意图。图2显示了本实用新型的电气结构示意图。附图标记含义如下1、第一发射镜；2、第二反射镜；3、中间反射镜；4、第三反射镜；5、第四反射镜；6、 测量窗口 ；7、伺服电机；8、热电偶(钨-铼热电偶)；9、黑体腔；10、待测试样；11、锁紧法兰；12、第一水冷法兰；13、第二水冷法兰；14、石墨套管；15、保温层；16、感应圈；17、外壳； 18、真空罩；19、A电极；20、B电极；21、单色仪；22、辐射出度测量仪；23、信号处理系统；24、 输出显示装置；25、主控系统；26、真空系统；27、真空度检测系统；28、水压检测系统；29、 PID控制器；30、温度测量系统；31、冷却水泵；32、IGBT驱动电路；33、高频电源；34、频率检测系统；35、电压检测系统；36、电流检测系统。
具体实施方式
参见图1，显示了本实用新型的发射系数测量仪的示意图，该发射系数测量仪包含真空罩、光学系统、辐射测量系统、黑体炉装置以及控制系统；真空罩18为矩形真空罩体， 其内设有光学系统和黑体炉装置。其中，该黑体炉装置至少包含黑体腔9、锁紧法兰11、感应圈16和外壳17，黑体腔 9两端具有相互隔开的开口，其左端的开口为黑体辐射开口，其右端的开口为试样辐射开口，该试样辐射开口设有试样凹槽以放置待测试样10，在试样凹槽外侧设有内螺纹，一锁紧法兰11位于该试样辐射开口，其上具有与该内螺纹啮合的外螺纹以将待测试样10固定于试样凹槽内，感应圈16为均勻的螺旋围绕该黑体腔9的外围，该感应圈16的两端分别为A 电极19禾口 B电极20。其中，该光学系统包含第一反射镜1、第二反射镜2、中间反射镜3、第三反射镜4、 第四反射镜5、测量窗口 6和伺服电机7 ；该第一反射镜1和第三反射镜4组成黑体辐射反射系统，该第一反射镜1位于黑体辐射开口外侧以将黑体辐射开口的射出红外线朝下方反射，该第三反射镜3位于该第一反射镜1的下侧以将从第一反射镜1的反射红外线朝中间反射镜3反射；该第二反射镜2和第四反射镜5组成试样辐射反射系统，该第二反射镜2位于试样辐射开口外侧以将试样辐射开口的射出红外线朝下方反射，该第四反射镜5位于该第二反射镜2的下侧以将从第二反射镜2的反射红外线朝中间反射镜3反射；该中间反射镜3设置于第二反射镜3和第四反射镜5的中间位置以将第二反射镜3和第四反射镜5的反射红外线朝设置于真空罩18上的测量窗口 6反射；伺服电机7设置于该中间反射镜6上以控制其转动。优选的是，在黑体腔9和感应圈16之间还具有石墨套管14和保温层15，石墨套管 14设置于黑体腔9的外围且两端伸出黑体腔9，该石墨套管14的两端分别设置有第一水冷法兰12和第二水冷法兰13，该第一水冷法兰12和第二水冷法兰13上具有与该石墨套管 14上的内螺纹啮合的外螺纹，保温层15设置于该石墨套管14的外层以提供保温效果。[0031]优选的是，在感应圈16外设置有外壳17，该外壳17固定于真空罩18内以将黑体
炉装置固定于真空罩上。其中，辐射测量系统设置于真空罩18的外侧，其包含单色仪21、辐射出度测量仪 22、信号处理系统23和输出显示装置M ；该单色仪21设置于上述测量窗口 6的外侧以接收该中间反射镜3反射的红外线，辐射出度测量仪22连接于该单色仪21以得到辐射度，信号处理系统23连接该辐射出度测量仪22已进行信号处理，输出显示装置M连接于该信号处理装置23以进行信号和辐射度的输出和显示。其中，控制系统包含主控系统25、真空系统沈、真空度检测系统27、水压检测系统 28、PID控制器四、温度测量系统30、冷却水泵31、IGBT驱动电路32、高频电源33、频率检测系统34、电压检测系统35、电流检测系统36以及固定于黑体腔内的热电偶8，其中，冷却水泵31与第一水冷法兰12和第二水冷法兰13连通以提供水冷循环，高频电源33与A电极19和B电极20连接以为感应圈16提供高频电，真空系统沈与真空罩18连接以提供其内的真空，真空度检测系统27与真空罩18内的真空传感器(未示出)连接以测量真空罩 18内的真空度，温度测量系统30与该热电偶8连接以测量黑体腔内的温度并提供温度信号；其中，主控系统25与真空系统沈、水压检测系统观以及PID控制器四连接，该真空系统沈与真空度检测系统27连接，该水压检测系统28与冷却水泵31连接，该PID控制器四与温度测量系统30和IGBT驱动电路32连接，该IGBT驱动电路32与高频电源33、频率检测系统34、电压检测系统35和电流检测系统36连接。本实用新型的发射系数测量仪是用于测量物体发射率特性参数的仪器。由于物体的辐射特性会随物体温度变化发生变化，所以该设备可以用于测量各种温度，优选 300-2500°C，的环境下，物体的发射率。其中，整个系统工作在一个密封的真空环境中，这样不仅可以克服待测试样在高温环境中的氧化问题，也可以确保黑体腔在稳定的环境中工作；仪器使用之前，将待测试样 10安装到如图所示的位置，并用锁紧法兰11紧固在黑体腔9上；水冷法兰12、13确保黑体辐射和待测试样辐射具有相同的条件；单色仪保证黑体辐射和待测试样辐射相同的光谱条件，温度测量及控制系统保证了黑体辐射和待测试样相同的温度条件。基于上面的描述，当仪器在某个温度(T)，启动伺服电机7，使中间反光镜3成 90度角转动，当反光镜的凹面向A'时辐射出度测量仪测得温度T时黑体的辐射出度 MA' (λ，T)，当反光镜凹面向B'时辐射出度测量仪测得温度T时待测试样的的辐射出度 MB' (λ，Τ)。通过信号处理系统。计算出温度Τ，波长λ时，待测试样的发射率ε。
系统中发射率的计算公式
权利要求1.一种发射系数测量仪，该发射系数测量仪包含真空罩、光学系统、辐射测量系统和黑体炉装置；真空罩(18)为矩形真空罩体，其内设有光学系统和黑体炉装置，其特征在于该黑体炉装置包含黑体腔(9)、锁紧法兰(11)、感应圈(16)和外壳(17)，黑体腔(9)两端具有相互隔开的开口，其左端的开口为黑体辐射开口，其右端的开口为试样辐射开口，该试样辐射开口设有试样凹槽以放置待测试(10)，在试样凹槽外侧设有内螺纹，一锁紧法兰 (11)位于该试样辐射开口且具有与该内螺纹啮合的外螺纹以将待测试样(10)固定于试样凹槽内，感应圈(16)均勻的螺旋围绕该黑体腔(9)的外围，该感应圈(16)的两端分别为A 电极(19)和B电极(20)；该光学系统包含第一反射镜(1)、第二反射镜O)、中间反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)、测量窗口(6)和伺服电机(7)；该第一反射镜(1)位于黑体辐射开口外侧以将黑体辐射开口的射出红外线朝下方反射，该第三反射镜(3)位于该第一反射镜(1)的下侧以将从第一反射镜(1)的反射红外线朝中间反射镜(3)反射；该第二反射镜(2)位于试样辐射开口外侧以将试样辐射开口的射出红外线朝下方反射，该第四反射镜(5)位于该第二反射镜O)的下侧以将从第二反射镜O)的反射红外线朝中间反射镜(3)反射；该中间反射镜(3)设置于第二反射镜(3)和第四反射镜(5)的中间位置以将第二反射镜(3)和第四反射镜(5)的反射红外线朝设置于真空罩(18)上的测量窗口(6)反射；伺服电机(7)设置于该中间反射镜(6)上以控制其转动。
2.如权利要求1所述的发射系数测量仪，其特征在于辐射测量系统设置于真空罩(18)的外侧，其包含单色仪(21)、辐射出度测量仪(22)、信号处理系统和输出显示装置04)；该单色仪设置于上述测量窗口(6)的外侧，辐射出度测量仪0 连接于该单色仪(21)，信号处理系统连接该辐射出度测量仪(22)，输出显示装置04)连接于该信号处理装置03)。
3.如权利要求1或2所述的发射系数测量仪，其特征在于在黑体腔(9)和感应圈(16) 之间还具有石墨套管(14)和保温层(15)，石墨套管(14)设置于黑体腔(9)的外围且两端伸出黑体腔(9)，该石墨套管(14)的两端分别设置有第一水冷法兰(1 和第二水冷法兰 (13)，保温层(15)设置于该石墨套管(14)的外层。
4.如权利要求1或2所述的发射系数测量仪，其特征在于在感应圈(16)外设置有该外壳(17)，该外壳(17)固定于真空罩(18)内。
5.如权利要求3所述的发射系数测量仪，其特征在于还包含控制系统，该控制系统包含主控系统(25)、真空系统( )、真空度检测系统(27)、水压检测系统Q8)、PID控制器 (四)、温度测量系统(30)、冷却水泵(31)、IGBT驱动电路(32)、高频电源(33)、频率检测系统(34)、电压检测系统(35)、电流检测系统(36)以及固定于黑体腔内的热电偶(8)，其中， 冷却水泵(31)与第一水冷法兰(1 和第二水冷法兰(1 连通，高频电源(3 与A电极(19)和B电极OO)连接，真空系统06)与真空罩(18)连接以提供其内的真空，真空度检测系统(XT)与真空罩(18)内的真空传感器连接，温度测量系统(30)与该热电偶(8)连接。
6 如权利要求5所述的发射系数测量仪，其特征在于主控系统05)与真空系统 (沈)、水压检测系统08)以及PID控制器09)连接，该真空系统06)与真空度检测系统 (27)连接，该水压检测系统08)与冷却水泵(31)连接，该PID控制器09)与温度测量系统(30)和IGBT驱动电路(3 连接，该IGBT驱动电路(3 与高频电源(33)、频率检测系统(34)、电压检测系统(35)和电流检测系统(36)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种发射系数测量仪，该发射系数测量仪包含真空罩、光学系统、辐射测量系统和黑体炉装置；真空罩(18)为矩形真空罩体，其内设有光学系统和黑体炉装置，该测量仪结构简单，操作方便，其能对物体的发射系数进行准确而快速的测量，且在测量中，保证了条件的相同，提高了测量的精度和效率。
文档编号G01N25/20GK202196029SQ20112029650
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者王保奎 申请人:武汉迪凯光电科技有限公司