一种球形腔体标准黑体辐射源的制作方法

本实用新型涉及红外辐射源技术领域，主要涉及的是一种球形腔体标准黑体辐射源。

背景技术：

随着科学技术的迅速发展，红外技术在军事和民用领域得到了广泛的应用。1990年国际温标(ITS-90)规定，用黑体辐射的光谱辐射亮度来复现温度。黑体辐射源在辐射测温溯源中的作用日益突出，是红外技术研究、红外辐射测量和各种红外产品生产、验收、定标的必备设备。黑体辐射源(以下简称“黑体”)是作为标定红外测温仪的标准器。

在温度计量领域，主要是利用黑体辐射和温度的对应关系，因此要求黑体的发射率越高越好。要求黑体的辐射能量按照光谱分布(也就是黑体光谱辐射能量、也称为单色能量)都能符合普朗克定律，这样我们在检定或校准辐射温度计时，以黑体的温度(或标准辐射温度计)的示值，来修正辐射温度计的偏差。因此在选择黑体时通常是选择发射率较高的腔式黑体，同时也要注意黑体腔口直径，温度均匀性和辐射温度不确定度。

一般情况下，黑体由黑体腔、加热器、保温器、冷却器、测温元件、控温元件以及精密辐射光阑等七大部件组成。其中，黑体腔的优化设计及腔芯制备工艺是获得最佳发射率的最基本条件。加热器和保温器是获得稳定而均匀的温场分布。控温和测温元件是用于控制腔内获得所需恒定均匀温度场辐射。辐射光阑是限制和调节辐射源辐射能量的大小。

目前，国内黑体辐射源，腔体多为圆柱形或锥形空腔，发射率低，准确度、一致性、重复性差，结构简单，采用恒温油槽或非均匀布置的加热材料或者加热丝来取得均匀温场，在氧气气氛环境中工作温度低，加热材料非均匀布置,而且大多通过单层进行加热，稳定性和均匀性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双层均匀加热，提高一种温度稳定、热场非常均匀的球形腔体标准黑体辐射源。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种球形腔体标准黑体辐射源，其特征在于：包括黑体辐射源整体机箱、设在黑体辐射源整体机箱内具有开口的黑体辐射球形腔体、在黑体辐射球形腔体外的加热装置、包裹在加热装置外围的保温材料、连接黑体辐射球形腔体的温度传感器以及与所述加热装置、温度传感器电连接并提供控制信号的温控系统；所述加热装置包括上层加热元件和下层加热元件以及包裹黑体辐射球形腔体外围的均匀分布的加热材料；所述温度传感器包括上层温度传感器和下层温度传感器。

在上述方案中，所述温控系统包括电路开关、温度控制仪表、固态继电器；所述上层温度传感器、下层温度传感器分别连接温度控制仪表；所述固态继电器包括上层固态继电器和下层固态继电器，所述温度控制仪表、上层固态继电器、上层加热元件依次连接，所述温度控制仪表、下层固态继电器、下层加热元件依次连接。

作为优选的实施方案，所述加热装置还包括一个设有开口的加热炉膛以及加热炉膛的开口内的刚玉管，所述加热炉膛为球形，其直径比黑体辐射球形腔体直径大，所述上层加热元件和下层加热元件通过刚玉管固定在加热炉膛与黑体辐射球形腔体之间，所述加热材料均匀分布在加热炉膛与黑体辐射球形腔体之间的剩余空间。

作为优选的实施方案，所述黑体辐射球形腔体的开口的轴线、加热炉膛的开口的轴线和刚玉管的轴线三者处在同一水平线上。

作为优选的实施方案，所述黑体辐射球形腔体的开口直径为50-100mm。

作为优选的实施方案，所述黑体辐射源整体机箱面上设有排热孔。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：上层温度传感器、下层温度传感器的输出信号接入温控系统的模拟量输入端，形成负反馈信号，从而实现自动调节温度值，并通过上层加热元件和下层加热元件分开加热均匀分布的加热材料，使黑体辐射球形腔体置于精准控温的上下部分的均匀温场里，保证球形腔的温度一致，均匀性更好，从而提高了校准的可靠度。

附图说明

图1是球形腔体标准黑体辐射源的正视图。

图2是球形腔体标准黑体辐射源的侧视图。

图3是温控系统、温度传感器与加热装置连接图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1以及图2所示的一种球形腔体标准黑体辐射源，包括黑体辐射源整体机箱1、设在黑体辐射源整体机箱1内具有开口41的黑体辐射球形腔体4、在黑体辐射球形腔体4外的加热装置3、包裹在加热装置3外围的保温材料12、连接黑体辐射球形腔体4的温度传感器5以及与所述加热装置3、温度传感器5电连接并提供控制信号的温控系统2(图3中显示)；所述黑体辐射球形腔体4采用非金属材料球形腔，球腔内壁均匀涂有特殊涂层，开有直径为50-100mm的开口41作为有效辐射腔口，能够最大程度地覆盖红外温度计和热成像仪的辐射范围，因此提高了校准的精度，同时由于可以覆盖热成像仪的辐射面积，也使得校准简单化了；黑体辐射球形腔体4置于精准控温的上下部分的均匀温场里，保证球形腔的温度一致。

所述加热装置3包括上层加热元件31和下层加热元件32以及包裹黑体辐射球形腔体4外围的均匀分布的加热材料33；所述温度传感器5包括上层温度传感器51和下层温度传感器52。所述加热装置3还包括一个设有开口91的加热炉膛9以及加热炉膛9的开口91内的刚玉管10，所述加热炉膛9为球形，其直径比黑体辐射球形腔体4直径大，所述上层加热元件31和下层加热元件32通过刚玉管10固定在加热炉膛9与黑体辐射球形腔体4之间，所述加热材料33均匀分布在加热炉膛9与黑体辐射球形腔体4之间的剩余空间，并于黑体辐射球形腔体4保持一定的距离，通过上层加热元件31和下层加热元件32的热传导给加热材料33，利用均匀的热场使黑体辐射球形腔体4升温。

如图3所示，所述温控系统2包括电路开关14(在图2中显示)、温度控制仪表6、固态继电器7；所述上层温度传感器51、下层温度传感器52分别连接温度控制仪表6；所述固态继电器7包括上层固态继电器71和下层固态继电器72，所述温度控制仪表6、上层固态继电器71、上层加热元件31依次连接，所述温度控制仪表6、下层固态继电器72、下层加热元件依次32连接，通过温度控制仪表6输出信号控制固态继电器7的控制端来驱动其负载端，进行温度的调节。

所述温度控制仪表6设置在黑体辐射源整体机箱1内前端下方，便于显示和控制输入温度值；温度控制仪表6一路信号输出端接入上层固态继电器71控制上层加热元件31给黑体辐射球形腔体4加温，另一路信号输出端接入下层固态继电器72控制下层加热元件32给黑体辐射球形腔体4加温。上层温度传感器51、下层温度传感器52的输出信号接入温度控制仪表6的模拟量输入端，形成负反馈信号，从而实现自动调节温度值；黑体辐射源整体机箱1底部设有支撑地脚。所述温度控制仪表6用于显示实测温度、设定温度、温度校正数据、校正黑体辐射球形腔体4的均匀性，完成系统的温度显示、设定、计算、校准等各种功能的操作；温度控制仪表6可以与电脑连接将数据传到计算机用于数据处理、分析、存储，也可以接受计算机控制实现各种功能操作。具有多组PID参数，使得在不同工作环境下，不同工作温度段的控温更加稳定、更加准确、更加快速，其具有16个温度点修正功能，使黑体的整个工作温度范围的线性更加好。

为消除或减少因黑体升温导致周围环境温度升高而产生的温度传感器5的误差，确保温度控制仪表6正确反映温度传感器5采集到的温度信号，所述黑体辐射源整体机箱1面上设有排热孔8。保证温度传感器5的冷端和湿度控制仪表6保持在稳定的室温环境中。这样才能够进一步保证黑体辐射球形腔体4的校准精度。

具体实施时，接通电源，打开电路开关14开启设备，温度控制仪表6进行初始化，然后在温度控制仪表6按控制键来设定温度值，设定温度值与温度传感器5测量的温度值进行比较，温度控制仪表6过PID参数调节输出信号来驱动固态继电器7，并将黑体辐射球形腔体4的实时温度显示温度控制仪表6上。当辐射球形腔体4的温度到达设定温度并且稳定在设定温度值时，指示灯亮13亮，提示校准人员可以测温校准。

本实用新型通过具有开口41黑体辐射球形腔体4采用上层加热元件31和下层加热元件32加温，双温感反馈黑体辐射球形腔体4温度信号，相对于传统的用单一的加热丝直接加热，均匀性更好，从而提高了校准的可靠度；具有大口径的开口的球形腔体,辐射面积大，既能够适用市面上各种D/S比的红外温度计和热像仪，也使得校准工作方便、简单、轻松。

所述黑体辐射源整体机箱1底部设有调节黑体辐射球形腔体4安装位置的调节装置11，调节装置11可以调整黑体辐射球形腔体4的安装位置，使黑体辐射球形腔体4的开口41轴线、加热炉膛9的开口91的轴线和刚玉管10轴线处在同一水平线上。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。