一种用于微波黑体表面的温差测量装置的制作方法

本发明涉及温度测量技术领域。更具体地，涉及一种周期阵列结构微波黑体表面温差的测量装置。

背景技术：

微波遥感技术是用微波设备来探测、接收被测物体在微波波段(波长为1mm～1m)的电磁辐射和散射特性以识别远距离物体的技术。其与可见光、红外遥感技术相比，微波遥感技术具有：全天候昼夜工作能力；能穿透云层，不易受气象条件和日照水平的影响；能穿透植被，具有探测地表下目标的能力；获取的微波图象有明显的立体感，能提供可见光照相和红外遥感以外的信息，具有重大的军事和经济意义，日益受到重视。随着微波被动遥感技术的不断发展，被动遥感设备的性能受到越来越多的重视，辐射计定标精度的需求也日益提升。

国内外，通常采用周期阵列结构黑体定标源对辐射计进行定标。周期阵列结构的黑体是由金属基体和吸波涂料组成的具有一定口径的结构，其吸波涂料的热传导系数通常很差，并且基于黑体温度控制技术的原因，黑体表面必然存在一定温差。该温差将对黑体定标源的技术指标评估造成影响，所以需要对周期阵列结构微波黑体表面温差进行准确测量。

现有技术中，通常采用图1所示测量装置对微波黑体表面温差进行测量。测量时，将多个小型温度传感器粘贴于需要测温的黑体表面区域，温度传感器分别采集测温区域的温度并传输到测温仪上，通过测温仪读出多个温度传感器采集的温度值，不同的两个温度传感器所测量的温度之差即为该对应两个区域的微波黑体表面温差。

该测量方式存在以下缺陷和不足：

1、温度传感器一般直径为毫米量级，高度也为毫米量级。即使小型温度传感器，相对于黑体的尖部和棱部而言体积也过大，只适合安装在平坦的表面上，而不适用于测量黑体表面的任意部位；

2、现有的测量方式中采用胶粘的方式固定温度传感器，而胶粘方式在测量完毕的拆卸过程中容易对温度传感器造成损坏；

3、固定温度传感器是一般采用导热脂，导热脂虽然容易清洗，但需要大量涂覆才能牢固固定温度传感器，而过多的导热脂会破坏黑体表面温度场，使得测量的温差数据失真。

在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶(thermocouple)的应用极为广泛。热电偶是一种温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。

因此，需要提供一种基于热电偶的用于微波黑体表面的温差测量装置。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷的至少之一，本发明利用吸波材料自身的特性，采用磁性材料夹具，提出了一种用于微波黑体表面的温差测量装置，解决了传统温差测试方法中温度传感器不易安装、拆卸及测温区域不完整的问题，达到了快速、灵活地测量黑体表面任意两点之间温差的效果。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于微波黑体表面的温差测量装置，包括

采集单元，至少包括一个热电偶，热电偶一端设置为用于测量第一位置的第一测量端，另一端设置为用于测量第二位置的第二测量端；

固定单元，至少包括用于固定第一测量端到第一位置的第一固定部和用于固定第二测量端到第二位置的第二固定部；

测量单元，与热电偶两端相连，测量热电偶两端之间的电压值。

可选的，固定单元中第一固定部和第二固定部为磁性材料夹具，用于吸附在微波黑体表面。

可选的，固定单元中第一固定部和/或第二固定部中靠近微波黑体表面对应测量位置设置有用于嵌入热电偶端点的凹槽。

可选的，热电偶包括并联连接的第一金属导体和第二金属导体。

可选的，测量单元包括用于测量热电偶两端电压的电压表。

可选的，温差测量装置包括开关，用于控制热电偶接入测量单元。

本发明的有益效果如下：

本发明的一种用于微波黑体表面的温差测量装置，利用绝大多数吸波材料中均含有铁粉，采用贴磁性材料制作成多种夹具，并基于热电偶测量不同区域的温度差。本发明克服了胶粘方式易于损坏对温度传感器的问题，大量涂覆导热脂造成的测温区域温度场失真的问题，及温度传感器无法固定到黑体尖部和棱部导致的测温区域覆盖不全的影响，从而实现黑体任意两点间的温差的灵活快捷测量。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出现有的微波黑体表面温差测量装置的示意图。

图2示出本发明中微波黑体表面温差测量装置的示意图。

图3示出本发明中设置有凹槽的微波黑体表面温差测量装置的示意图。

图4示出实施例1中微波黑体表面温差测量的示意图。

图5示出实施例2中微波黑体表面温差测量的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一些列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。

如图1所示，本发明提供一种用于微波黑体表面的温差测量装置，包括采集单元1、固定单元2和测量单元3。其中，采集单元1至少包括一个热电偶，热电偶一端设置为用于测量第一位置的第一测量端1-1，另一端设置为用于测量第二位置的第二测量端1-2；固定单元2至少包括用于固定第一测量端到第一位置的第一固定部2-1和用于固定第二测量端到第二位置的第二固定部2-2；测量单元3与热电偶两端相连，测量热电偶两端之间的电压值。

本发明中，固定单元2中第一固定部2-1和第二固定部2-2为磁性材料夹具，用于吸附在微波黑体表面。热电偶包括并联连接的第一金属导体和第二金属导体。测量单元3包括用于测量热电偶两端电压的电压表。

应注意的是，本发明中的温差测量装置中，采集单元还可以多个热电偶，用于测量微波黑体表面的多区域温差测量。温差测量装置包括开关，用于控制不同区域热电偶接入测量单元。

如图2所示，作为优选地，本发明中固定单元2中第一固定部2-1和/或第二固定部2-2中靠近微波黑体表面对应测量位置设置有用于嵌入热电偶端点的凹槽。该凹槽能保证固定单元与微波黑体表面的贴合，提高测量精度，提升测量装置稳定性。

热电偶工作原理如下：

当a和b两种不同材料的导体或半导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。现假设导体a的自由电子密度大于导体b的自由电子密度，则导体a扩散到导体b的电子数要比导体b扩散到导体a的电子数多。所以导体a失去电子带正电荷，导体b得到电子带负电荷，于是，在a、b两导体的接触界面上便形成一个由a到b的电场。该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体a扩散到导体b的自由电子数与在电场作用下自导体b到导体a的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，a与b两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。接触电动势的大小与导体的材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。

本发明中，当有两种不同的导体或半导体a和b两端相互连接组成一个回路时，只要两连接点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，且该电动势的方向和大小与导体的材料及两连接点的温度有关。其中，一端温度为t，称为工作端或热端，另一端温度为t0，称为自由端(也称参考端)或冷端。这种现象称为热电效应，两种导体组成的回路称为热电偶，这两种导体称为热电极，产生的电动势则称为热电动势。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两连接点温度t和t0的函数差，根据热电动势与温度的函数关系可制成热电偶分度表。当测量出温度不同两点热电动势后，可通过查询热电偶分度表直接确定该两点温度差，完成温差测量。

本发明利用绝大多数吸波材料中均含有铁粉这一现象，首先采用贴磁性材料制作成多种夹具；然后使用温差测量区域面积很小的热电偶，测温区域就是两种金属丝的连接点，边长为百微米量级；使用磁性夹具，利用磁力将热电偶温差测量区域压在黑体尖劈的任意部位。此种方式克服了胶粘方式易于损坏对温度传感器的问题，大量涂覆导热脂造成的测温区域温度场失真的问题，还有温度传感器无法固定到黑体尖部和棱部导致的测温区域覆盖不全的影响，从而实现黑体任意两点间的温差的灵活快捷测量。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

图1是本发明第一实施例的微波黑体表面温差测量的示意图，如图4所示。本实施例使用的对象为含有铁粉成分吸波涂料的微波黑体4，该种黑体被广泛使用。本实施例至少需要两个磁性夹具2-1和2-2。夹具采用磁性材料，在磁性材料上分别加工出一个凹槽。热电偶1由两种不同的金属丝首尾相连构成，如图4中的1-3、1-4所示，其中两种金属丝的连接点1-1和1-2的面积的边长仅为百微米量级。将连接点1-1嵌入磁性材料2-1的凹槽中，将连接点1-2嵌入磁性材料2-2的凹槽中。当热电偶的两个连接点1-1和1-2之间有温差时，从两个连接点1-1和1-2引出的导线上会产生一个电压，采用电压表3读取此电压，并根据热电偶的热电势率就可以得到两个连接点1-1和1-2之间的温差。

热电偶与测温区域的连接仅通过磁性夹具，利用夹具与黑体吸波材料之间的磁力固定，非常易于拆卸和移动。

本实施例通过利用吸波材料自身的特性，采用磁性材料夹具，解决了传统温差测试方法中温度传感器不易安装、拆卸及测温区域不完整的问题，达到了快速、灵活地测量黑体表面任意两点之间温差效果。

实施例2

本实施例通过安装多个图4种中的表面温差测量装置，可以实现黑体表面多区域的温差测量。夹具的形状可以根据所测量区域的形状设计，实现黑体表面任意两点间温差的测量。

应说明的是，本发明中可以用开关切换不同路热电偶接入电压表。

如图5所示，本实施例使用的对象为含有铁粉成分吸波涂料的微波黑体4，该种黑体被广泛使用。本实施例中至少需要四个磁性夹具2-1、2-2、5-1和5-2。夹具采用磁性材料，在磁性材料上分别加工出一个凹槽。本实施例中安装两个图4种中的表面温差测量装置：

第一热电偶由两种不同的金属丝首尾相连构成，如图5中的1-3、1-4所示，其中两种金属丝的连接点1-1和1-2的面积的边长仅为百微米量级。将连接点1-1嵌入磁性材料2-1的凹槽中，将连接点1-2嵌入磁性材料2-2的凹槽中。当热电偶的两个连接点1-1和1-2之间有温差时，从两个连接点1-1和1-2引出的导线上会产生一个电压，采用电压表3读取此电压，并根据热电偶的热电势率就可以得到两个连接点1-1和1-2之间的温差。

第二热电偶由两种不同的金属丝首尾相连构成，如图5中的5-3、5-4所示，其中两种金属丝的连接点5-1和5-2的面积的边长仅为百微米量级。将连接点5-1嵌入磁性材料6-1的凹槽中，将连接点5-2嵌入磁性材料6-2的凹槽中。当热电偶的两个连接点5-1和5-2之间有温差时，从两个连接点5-1和5-2引出的导线上会产生一个电压，采用电压表7读取此电压，并根据热电偶的热电势率就可以得到两个连接点5-1和5-2之间的温差。

本发明中，热电偶与测温区域的连接仅通过磁性夹具，利用夹具与黑体吸波材料之间的磁力固定，非常易于拆卸和移动。通过利用吸波材料自身的特性，采用磁性材料夹具，解决了传统温差测试方法中温度传感器不易安装、拆卸及测温区域不完整的问题，达到了快速、灵活地测量黑体表面任意两点之间温差效果。

本发明实施例中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。