用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统的制作方法
【专利摘要】用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，它涉及一种加热系统，属于半透明材料加热【技术领域】。本发明为了解决现有半透明材料发射率测量装置中的材料试样加热系统体积庞大、结构复杂、试样背景辐射特性复杂、成本高的技术问题。本发明包括加热器和PID温度控制器，加热器包括加热器壳体、方形弹簧固定片、加热片电源引线、圆形平板电阻加热片、温度传感器探头、加热器保温层和温度传感器引线。本发明在加热片的半透明材料试样侧涂有黑体涂层，使得试样加热过程中背景辐射特性简单，有利于半透明材料发射率测量中背景辐射的扣除；本发明采用电阻加热片直接加热的方式，具有体积小、结构简单、加热快、成本低、耗能低的优点。
【专利说明】用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加热系统，属于半透明材料加热【技术领域】。
【背景技术】
[0002]一种材料，若在某个或若干个波段范围内，其光谱光学厚度仅为有限值，则称其为半透明材料。其在航天、军事、能源、化工以及生物医疗等多个领域有着重要应用。其典型应用包括:航天飞行器光学窗口优化设计、航空发动机陶瓷零件制造、光学纤维和光学组件的制造等。
[0003]半透明材料表面光谱法向发射率定义为同等温度下材料表面辐射能与黑体辐射能的比值，是一项表征材料辐射能力的物理量，是半透明材料的重要热物性参数。半透明材料的发射率大小与材料的温度有关，因此需要掌握材料不同温度下的发射率数据。而对于不同温度下材料发射率的测量需要使用加热装置将材料加热至指定温度，目前现有加热技术还存在系统体积庞大、结构复杂、试样背景辐射特性复杂以及制造成本高等缺陷。
[0004]因此本发明提出一种体积小、结构简单、试样背景辐射特性简单、低成本的半透明材料发射率测量试样加热系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有半透明材料发射率测量装置中的材料试样加热系统体积庞大、结构复杂、试样背景辐射特性复杂、成本高的技术问题，提供了一种用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统。
[0006]用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，它包括加热器11和PID温度控制器3，
[0007]所述加热器11包括加热器壳体2、第一弹簧片4-1、第二弹簧片4-2、加热片电源引线5、圆形平板电阻加热片6、温度传感器探头7、加热器保温层9和温度传感器引线10 ；
[0008]所述圆形平板电阻加热片6面向半透明材料试样I的一侧抛光并均匀涂敷黑体涂层，圆形平板电阻加热片6为圆形扁平铸铜外壳，内部均匀缠绕电阻丝，圆形平板电阻加热片6中心位置开设直径为3.5mm的通孔，圆形平板电阻加热片6上部开设直径Imm通孔，温度传感器探头7固定于直径Imm通孔内，温度传感器探头7端部与圆形平板电阻加热片6侧平面持平，
[0009]所述第一弹簧片4-1的一端固定于法兰12的上部,第二弹簧片4-2的一端固定于法兰12的下部，第一弹簧片4-1的另一端和第二弹簧片4-2的另一端挤压在半透明材料试样I的表面上，
[0010]加热器壳体2为圆柱形不锈钢壳体，圆柱形不锈钢壳体左端设有法兰12，法兰12与圆柱形不锈钢壳体间设有半圆形缺口，
[0011]所述加热器保温层9中心位置设有与圆形平板电阻加热片6同轴的直径为3.5mm的激光通道8，
[0012]所述加热片电源引线5和温度传感器引线10由加热器保温层9中的通孔引出。
[0013]所述温度传感器探头7为S型钼铑热电偶。
[0014]所述第一弹簧片4-1、第二弹簧片4-2为不锈钢薄片，具有弹性。
[0015]所述加热器保温层9的材料为陶瓷纤维保温材料。
[0016]所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，加热半透明材料试样I的直径为50mm，加热温度范围为室温?800°C。
[0017]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0018]与现有技术相比，本发明在加热片的半透明材料试样侧涂有黑体涂层，使得试样加热过程中背景辐射特性简单，有利于半透明材料发射率测量中背景辐射的扣除；本发明采用电阻加热片直接加热半透明材料试样的方式，与现有技术相比具有体积小、结构简单、加热快、便于移动、制造成本低、耗能低的优点，本发明试样加热系统加热温度范围为室温?800°C，从室温升至800°C耗时5分钟，温度稳定性为±0.1°C。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统的结构示意图；
[0020]图2是用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统中加热器11的剖视图；
[0021]图3是用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统中加热器11的右视图。
【具体实施方式】
[0022]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0023]【具体实施方式】一:本实施方式用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，它包括加热器11和PID温度控制器3，其特征在于:
[0024]所述加热器11包括加热器壳体2、第一弹簧片4-1、第二弹簧片4-2、加热片电源引线5、圆形平板电阻加热片6、温度传感器探头7、加热器保温层9和温度传感器引线10 ；
[0025]所述圆形平板电阻加热片6面向半透明材料试样I的一侧抛光并均匀涂敷黑体涂层，圆形平板电阻加热片6为圆形扁平铸铜外壳，内部均匀缠绕电阻丝，圆形平板电阻加热片6中心位置开设直径为3.5mm的通孔，圆形平板电阻加热片6上部开设直径Imm通孔，温度传感器探头7固定于直径Imm通孔内，温度传感器探头7端部与圆形平板电阻加热片6侧平面持平，
[0026]所述第一弹簧片4-1的一端固定于法兰12的上部,第二弹簧片4-2的一端固定于法兰12的下部，加热器壳体2为圆柱形不锈钢壳体，圆柱形不锈钢壳体左端设有法兰12(用于与半透明材料发射率测量系统其他设备相连接)，法兰12与圆柱形不锈钢壳体间设有半圆形缺口(用于放置半透明材料试样1)，
[0027]所述加热器保温层9中心位置设有与圆形平板电阻加热片6同轴的直径为3.5mm的激光通道8，
[0028]所述加热片电源引线5和温度传感器引线10由加热器保温层9中的通孔引出。
[0029]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是所述温度传感器探头7为S型钼铑热电偶。其它与【具体实施方式】一相同。
[0030]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是所述第一弹簧片4-1、第二弹簧片4-2为不锈钢薄片，具有弹性，用于固定半透明材料试样I。其它与【具体实施方式】一或二之一不相同。
[0031 ] 【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是所述加热器保温层9的材料为陶瓷纤维保温材料。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0032]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，加热半透明材料试样I的直径为50mm,加热温度范围为室温?800°C。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0033]采用下属实验验证本发明效果:
[0034]实验一:
[0035]结合图1-2，用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统加热半透明材料试样的方法如下:
[0036]将半透明材料试样I放置于法兰12与圆柱形不锈钢壳体间设有半圆形缺口内，第一弹簧片4-1的另一端和第二弹簧片4-2的另一端挤压在半透明材料试样I的表面上,打开加热器11的电源总开关，设置加热器11升温曲线，首先用4min由室温升至300°C，然后保温20min，之后用5min由300°C升至800°C，之后保温lOmin，最后降温至室温。设置好升温曲线后长按开始按钮开始加热过程，加热器11降至室温后关闭加热器11的电源总开关，取出半透明材料试样I，完成加热。
[0037]按照上述加热过程对试样进行加热，温度按照设定加热曲线变化，并且稳定时温度变化不超过±0.1°C。
【权利要求】
1.用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，它包括加热器(11)和PID温度控制器(3)，其特征在于: 所述加热器(11)包括加热器壳体(2)、第一弹簧片(4-1)、第二弹簧片(4-2)、加热片电源引线(5)、圆形平板电阻加热片(6)、温度传感器探头(7)、加热器保温层(9)和温度传感器引线(10); 所述圆形平板电阻加热片(6)面向半透明材料试样(I)的一侧抛光并均匀涂敷黑体涂层，圆形平板电阻加热片(6)为圆形扁平铸铜外壳，内部均匀缠绕电阻丝，圆形平板电阻加热片(6)中心位置开设直径为3.5mm的通孔，圆形平板电阻加热片(6)上部开设直径Imm通孔，温度传感器探头(7)固定于直径Imm通孔内，温度传感器探头(7)端部与圆形平板电阻加热片(6)侧平面持平，所述第一弹簧片(4-1)的一端固定于法兰(12)的上部，第二弹簧片(4-2)的一端固定于法兰(12)的下部，加热器壳体(2)为圆柱形不锈钢壳体，圆柱形不锈钢壳体左端设有法兰(12)，法兰(12)与圆柱形不锈钢壳体间设有半圆形缺口，所述加热器保温层(9)中心位置设有与圆形平板电阻加热片(6)同轴的直径为3.5mm的激光通道(8)，所述加热片电源引线(5)和温度传感器引线(10)由加热器保温层(9)中的通孔引出。
2.根据权利要求1所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，其特征在于:所述温度传感器探头(7)为S型钼铑热电偶。
3.根据权利要求1所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，其特征在于:所述第一弹簧片(4-1)、第二弹簧片(4-2)为不锈钢薄片，具有弹性。
4.根据权利要求1所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，其特征在于:所述加热器保温层(9)的材料为陶瓷纤维保温材料。
5.根据权利要求1所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，其特征在于:所述用于测量半透明材料试样发射率的抗背景噪声的试样加热系统，加热半透明材料试样I的直径为50_，加热温度范围为室温?800°C。
【文档编号】G01N1/44GK103630567SQ201310716967
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】牛春洋, 齐宏, 孙星, 陈琴, 阮立明, 姜宝成 申请人:哈尔滨工业大学