专利名称：高精度黑炉体的制作方法
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600-3000°C的高精度黑炉体。
背景技术：
黑体炉通常用作标准辐射源，其主要的应用领域在于标定各种红外辐射源的辐射强度，标定各类红外探测器的响应率，测定红外光学系统的透射比，研究各种物质表面的辐射特性，研究大气或其他物质对辐射的吸收或透射性能等。对黑体炉按温度进行分类，可分为低温，中温和高温三类，而本实用新型涉及的600-3000°C属于其中的高温黑炉体。常用的黑体炉一般由黑体腔体、加热系统、冷却系统、测量控制系统等组成。高温黑体炉还要配备真空系统或者惰性气体保护系统。黑体腔体选用高辐射系数的材料，按照哥福理论制作。一般有锥形，柱形，球形。黑体炉的加热方式通常选用电阻加热，即电热材料发热后，通过热传递使得电热材料的温度和黑体腔温度达到热平衡，并通过温度控制系统， 使得这种平衡在较长时间可以保持。根据玻耳兹曼定律可知黑体的全辐射出度与其温度的四次方成正比，也就是说， 当黑体温度有很小变化得时候，就会引起辐射出度很大的变化。例如，黑体的表面温度增加 1K，其在单位面积上单位时间内的辐射能将增大16倍。斯忒潘一玻耳兹曼定律
M6 □ —Γ4采用这种传统的电阻加热的方式，首先会因为加热的热传导到问题，以及大电流 (1500A)电极由于接触电阻产生的局部放电问题，使得黑体腔体温度很难均勻，且梯度很大，导致热平衡时间长，使用不方便，能耗高。而且，黑炉体体内的热平衡容易受到外界环境和导热系数等因素的影响，很难使得黑体腔体内的温度均勻一致。而黑体腔体温度是否均勻，对黑体炉的辐射出度影响很大。一般的高温黑体炉由于加热方式和黑体腔体制作的局限，温度均勻需要时间长， 即使长时间的平衡。黑体腔体的温度分布差异也很大。且由于真空系统的采用，辐射窗口一般都用石英玻璃密封。由此可见，现有的高温黑炉体的主要缺陷在于温度均勻性差，影响黑体辐射性能；加热时间长，功耗大。采用新型感应加热的方式，黑体腔体即是辐射体，也是发热元件，发热效率高，且温度均勻。另外，电磁加热技术是不存在局部放电问题，只要保证磁场强度均勻，就可以保证加热均勻。由于电磁加热技术电磁转换效率高，在保证黑体炉性能参数的前提下，降低能
^^ O为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，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，以克服上述缺陷。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种高精度黑炉体，其结构简单，操作方便，不仅提高了黑体炉黑体腔体温度的均勻性，同时还保证辐射传输媒介单一。为实现上述目的，本实用新型公开了一种高精度黑炉体，该黑炉体包含本体和控制柜，本体包含有炉体3、两个炉体法兰1、黑体腔8、感应圈5和多个安装座17 ；炉体3为中空卧式的石墨管炉，炉体3的两端开口设有凸缘，两个炉体法兰1分别与炉体3的两端凸缘通过多个锁紧螺钉螺母2固接，多个安装座17固接于炉体3的外周；其特征在于两个炉体法兰1的均设有中部开口，每个炉体法兰1和炉体3之间设有密封圈14 ； 黑体腔8位于炉体3内，感应圈5围绕黑体腔8。其中黑体腔8和感应圈5之间设有保护管6和保温层7，该保护管6为围绕黑体腔8的外围且伸出黑体腔8两端的石墨隔热保护管，保护管6的两端分别设有黑体腔紧固螺母15，黑体腔紧固螺母15的外螺纹与保护管6上的内螺纹啮合以分别在两端顶压黑体腔 8从而准确定位黑体腔8，保温层7包含围绕保护管6和黑体腔紧固螺母15外围的筒状部和抵压两个黑体腔紧固螺母15外侧的两个板状部，该两个板状部具有中间通孔，在保温层 7和两侧炉体法兰1之间分别具有内法兰4，内法兰4位于保温层7的外侧且通过多个弹性件10抵靠于炉体法兰1上。其中感应圈5螺旋状均勻的围绕在保温层7的筒状部的外圆周上，感应圈5的两端为伸出炉体3的电极16。其中上述两个炉体法兰2中的其中一个的中部开口上设有石英玻璃12，该中部开口上设有窗口锁紧螺母13，该窗口锁紧螺母13的一端顶推该石英玻璃12而将其固定于该中部开口上，且该窗口锁紧螺母13和石英玻璃12之间具有密封圈11，另一个炉体法兰2 的中部开口为开放的。其中在炉体3上设有保护气体入口 9，该保护气体入口 9与储存有保护气体的氩气瓶20连接。其中控制柜19包含有控制系统21、气压检测装置22、高频电源23、温度测量及控制装置24、电流检测装置25、水压检测装置沈、频率检测装置27、电压检测装置28和冷却水泵四；控制系统21与气压检测装置22、温度测量及控制装置M和水压检测装置沈连接，感应圈5两端的电极16连接于高频电源23，该高频电源23与温度测量及控制装置24、 电流检测装置25、水压检测装置沈、频率检测装置27、电压检测装置观和冷却水泵四连接。其中温度控制系统包含PID控制器及双色红外测温仪18，该双色红外测温仪18 设置于炉体3的外侧且对准石英玻璃12。其中该黑体腔8为Φ45_、长650_的石墨管。通过上述结构，本实用新型能实现以下技术效果1、一个辐射窗口采用石英玻璃密封，一个辐射窗口为全开放，石英玻璃密封的窗口用于温度检测及闭环控制，开放窗口为用户使用窗口(即标准红外辐射窗口)，这样可以保证红外辐射的传输介质的唯一性(在大气中传输)，避免了因为介质吸收造成的辐射损失，消除了辐射标准引入的系统误差，进而避免影响黑体的辐射特性；[0025]2、炉体发热件(黑体腔)及保温石墨等其他保温材料都处于氩气保护下，可以保真在高温(600-300(TC )情况下黑体腔能安全正常工作；3、采用电磁加热技术，使得黑体腔体成为发热体，且由于感应线圈在加热系统中特殊分布，可以保证黑体腔体温度均勻。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高精度黑炉体的结构示意图。附图标记含义如下1、炉体法兰；2、锁紧螺钉螺母；3、炉体；4、内法兰；5、感应圈；6、保护管；7、保温层；8、黑体腔；9、保护气体入口 ；10、弹性件；11、玻璃密封圈；12、石英玻璃；13、窗口锁紧螺母；14、密封圈；15、黑体腔锁紧螺母；16、电极；17、安装座；18、红外测温仪；19、控制柜； 20、氩气瓶；21、控制系统；22、气压检测装置；23、高频电源；24、温度测量及控制装置；25、 电流检测装置；26、水压检测装置；27、频率检测装置；28、电压检测装置；29、冷却水泵。
具体实施方式
参见图1，显示了本实用新型的高精度黑炉体的结构示意图，该黑炉体包含本体和控制柜，本体包含有炉体3、两个炉体法兰1、黑体腔8、感应圈5和多个安装座17 ；其中，炉体3为中空卧式的石墨管炉，炉体3的两端开口设有凸缘，两个炉体法兰1分别与炉体3的两端凸缘通过多个锁紧螺钉螺母2固接，多个安装座17固接于炉体3的外周；炉体法兰1 的中部设有开口，炉体法兰1和炉体3之间设有密封圈14以提供密封效果；黑体腔8位于炉体3内，感应圈5围绕黑体腔8设置，黑体腔按照哥福理论设计，辐射系数在0999以上， 该黑体腔8优选为Φ 45mm、长650mm的石墨管。其中，黑体腔8和感应圈5之间设有保护管6和保温层7，该保护管6为围绕黑体腔8的外围且伸出黑体腔8的两端的石墨隔热保护管，保温层7围绕保护管6的外围且伸出保护管6的两端，该保温层7为碳毡及碳酸铝保温材料，从而保证炉体具有较好的热容特性，便于温度的精确控制。保护管6的两端分别设有黑体腔紧固螺母15，黑体腔紧固螺母15 的外螺纹与保护管6上的内螺纹啮合以分别在两端顶压黑体腔8，从而准确定位黑体腔8， 且该黑体腔紧固螺母15为中空状，保温层7包含围绕保护管6和黑体腔紧固螺母15外围的筒状部和抵压两个黑体腔紧固螺母15外侧的两个板状部，该两个板状部具有中间通孔， 在保温层7和两侧炉体法兰1之间分别具有内法兰4，内法兰4位于保温层7的外侧且通过多个弹性件10抵靠于炉体法兰1上，每个内法兰4均具有中间通孔，优选的是，每侧均具有 3个弹性件10。其中，感应圈5为螺旋状均勻的围绕在保温层7的筒状部的外圆周上，感应圈5的两端为伸出炉体3的电极16。上述两个炉体法兰2中的其中一个的中部开口上设有石英玻璃12，该中部开口上设有窗口锁紧螺母13，该窗口锁紧螺母13的一端顶推该石英玻璃12而将其固定于该中部开口上，且该窗口锁紧螺母13和石英玻璃12之间具有密封圈11，另一个炉体法兰2的中部开口为开放的。[0035]其中，在炉体3上设有保护气体入口 9，该保护气体入口 9于储存有保护气体的氩气瓶20连接。其中，控制柜19包含有控制系统21、气压检测装置22、高频电源23、温度测量及控制装置24、电流检测装置25、水压检测装置沈、频率检测装置27、电压检测装置28和冷却水泵四；控制系统21与气压检测装置22、温度测量及控制装置M和水压检测装置沈连接， 感应圈5两端的电极16连接于高频电源23，由高频电源23提供高频电能，其优选为30kw 的高频电源，该电源具有95%的转换效率和极高的功率因素；为保证高频电源23的正常工作，该高频电源23与温度测量及控制装置24、电流检测装置25、水压检测装置沈、频率检测装置27、电压检测装置28和冷却水泵四连接。由此，本实用新型的控制部分包含水压检测及报警、气压检测及报警，高频电源工作安全检测及报警、温度检测和温度控制系统。本实用新型的温度控制系统包含PID控制器及双色红外测温仪18，该双色红外测温仪18设置于炉体3的外侧且对准石英玻璃12，通过双色红外测温仪18测量黑体腔8的温度并反馈给PID控制器，PID控制器通过调整高频电电源得输出功率，达到控制黑体腔8 温度的目的，使之成为一个标准的红外辐射源。由于本实用新型的黑体炉有两个辐射窗口，一个辐射窗口采用石英玻璃密封，一个辐射窗口为全开放，石英玻璃密封的窗口用于温度检测及闭环控制，开放窗口为用户使用窗口(即标准红外辐射窗口)，这样可以保证红外辐射的传输介质的唯一性(在大气中传输)，避免了因为介质吸收造成的辐射损失，消除了辐射标准引入的系统误差，进而避免影响黑体的辐射特性。在工作过程中，炉体发热件(黑体腔)及保温石墨等其他保温材料都处于氩气保护下，可以保真在高温(600-3000°C )情况下黑体腔能安全正常工作。其采用电磁加热技术，使得黑体腔体成为发热体，且由于感应线圈在加热系统中特殊分布，可以保证黑体腔体温度均勻。显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
权利要求1.一种高精度黑炉体，该黑炉体包含本体和控制柜，本体包含有炉体(3)、两个炉体法兰(1)、黑体腔(8)、感应圈(5)和多个安装座(17)；炉体(3)为中空卧式的石墨管炉，炉体 ⑶的两端开口设有凸缘，两个炉体法兰⑴分别与炉体⑶的两端凸缘通过多个锁紧螺钉螺母O)固接，多个安装座(17)固接于炉体(3)的外周；其特征在于两个炉体法兰⑴的均设有中部开口，每个炉体法兰⑴和炉体⑶之间设有密封圈 (14)；黑体腔⑶位于炉体(3)内，感应圈(5)围绕黑体腔(8)。
2.如权利要求1所述的高精度黑炉体，其特征在于黑体腔(8)和感应圈(5)之间设有保护管(6)和保温层(7)，该保护管(6)为围绕黑体腔⑶的外围且伸出黑体腔⑶两端的石墨隔热保护管，保护管(6)的两端分别设有黑体腔紧固螺母(15)，黑体腔紧固螺母(15) 的外螺纹与保护管(6)上的内螺纹啮合以分别在两端顶压黑体腔(8)从而准确定位黑体腔(8)，保温层(7)包含围绕保护管(6)和黑体腔紧固螺母(15)外围的筒状部和抵压两个黑体腔紧固螺母(1 外侧的两个板状部，该两个板状部具有中间通孔，在保温层(7)和两侧炉体法兰(1)之间分别具有内法兰(4)，内法兰(4)位于保温层(7)的外侧且通过多个弹性件(10)抵靠于炉体法兰(1)上。
3.如权利要求2所述的高精度黑炉体，其特征在于感应圈(5)螺旋状均勻的围绕在保温层⑵的筒状部的外圆周上，感应圈(5)的两端为伸出炉体(3)的电极(16)。
4.如权利要求1、2或3所述的高精度黑炉体，其特征在于上述两个炉体法兰O)中的其中一个的中部开口上设有石英玻璃(12)，该中部开口上设有窗口锁紧螺母(13)，该窗口锁紧螺母(1 的一端顶推该石英玻璃(1 而将其固定于该中部开口上，且该窗口锁紧螺母(13)和石英玻璃(12)之间具有密封圈(11)，另一个炉体法兰O)的中部开口为开放的。
5.如权利要求4所述的高精度黑炉体，其特征在于在炉体(3)上设有保护气体入口(9)，该保护气体入口(9)与储存有保护气体的氩气瓶00)连接。
6.如权利要求1或5所述的高精度黑炉体，其特征在于控制柜(19)包含有控制系统 (21)、气压检测装置0 、高频电源、温度测量及控制装置04)、电流检测装置05)、 水压检测装置(沈)、频率检测装置07)、电压检测装置08)和冷却水泵09)；控制系统 (21)与气压检测装置(22)、温度测量及控制装置04)和水压检测装置06)连接，感应圈 (5)两端的电极(16)连接于高频电源(23)，该高频电源与温度测量及控制装置(M)、 电流检测装置(25)、水压检测装置(沈)、频率检测装置(27)、电压检测装置(28)和冷却水泵(29)连接。
7.如权利要求6所述的高精度黑炉体，其特征在于温度控制系统包含PID控制器及双色红外测温仪(18)，该双色红外测温仪(18)设置于炉体(3)的外侧且对准石英玻璃 (12)。
8.如权利要求1或7所述的高精度黑炉体，其特征在于该黑体腔(8)为Φ45πιπι、长 650mm的石墨管。
专利摘要本实用新型涉及一种高精度黑炉体，该黑炉体包含本体和控制柜，本体包含有炉体(3)、两个炉体法兰(1)、黑体腔(8)、感应圈(5)和多个安装座(17)；炉体(3)为中空卧式的石墨管炉，炉体(3)的两端开口设有凸缘，两个炉体法兰(1)分别与炉体(3)的两端凸缘通过多个锁紧螺钉螺母(2)固接，多个安装座(17)固接于炉体3的外周，两个炉体法兰(1)的均设有中部开口，每个炉体法兰(1)和炉体(3)之间设有密封圈(14)；黑体腔(8)位于炉体(3)内，感应圈(5)围绕黑体腔(8)，其不仅提高了黑体炉黑体腔体温度的均匀性，同时还保证辐射传输媒介单一，消除了辐射标准引入的系统误差，避免影响黑体的辐射特性。
文档编号G01J5/52GK202195889SQ20112029651
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