[實用新型]一種中高溫紅外發射率測試裝置

有效

• 申請號: 201220413397.3
• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN202994636U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 劉志敏;曹鴻濤;梁凌燕;張公軍;許高杰;李勇;盧煥明
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01N25/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本實用新型涉及發射率測量技術領域，特別涉及一種中高溫紅外發射率測試裝置。?

背景技術

發射率是描述物體熱輻射特性的重要參數，在航天航空、國防科學以及工農業生產等領域中均具有重要價值。以往發射率測量多采用如量熱法、反射計法、輻射能量法和多波長測量法等，如：申請號為201010031343.6的中國專利申請中公開了一種粉體材料紅外發射率的測試裝置及其測試方法，該裝置通過對待測樣品和參考樣品進行同樣功率大小的加熱，通過參考樣品的紅外發射率值和樣品表面溫度測量值，計算得到待測樣品紅外發射率。但這些方法或多或少都存在諸如測量精度低（>5%）、測量光譜范圍窄、測量溫度范圍上限低、在線測量精度和一致性差等問題。以中高溫集熱管涂層開發主流企業所用的Optosol吸收發射率測試儀為例，該設備發射率測試范圍是8~14μm，溫度范圍200~400℃，單次測量時間約1小時，而目前高溫集熱管涂層正常使用溫度高達550℃。?

紅外傅立葉光譜儀（FT-IR）先將光源發出的光用邁克爾遜干涉儀變成干涉光，再把照射樣品后的各種頻率光信號經干涉作用調制為干涉圖函數，由計算機進行傅立葉變換一次性得到寬波長范圍內的光譜信息。相對于傳統光譜儀，FT-IR具有掃描時間短、信噪比高，入射輻射光通量大，靈敏度高以及光譜范圍寬、雜質輻射低等優點。根據基爾霍夫定律，不透明物體的紅外發射率ε(λ)＝1-R(λ)，其中R(λ)為物體在紅外波段的全反射率，λ為波長。因此，理論上來說，在實現對紅外全反射率快速、準確測量的前提下，可以構建基于FT-IR的寬光譜、高溫度范圍以及高測量精度的發射率測試系統。?

基于此，利用FT-IR構建紅外光譜發射率的測量設備及相關研究工作迅速向前推進。1992年，德國的Lindermeir等人利用FT-IR設計了發射率測量裝置（Proc.SPIE1682,354(1992)），裝置中以黑色顏料作為絕對黑體，利用反?射鏡將加熱樣品表面的紅外光線導入干涉儀，利用FT-IR配套檢測器探測得到信號；由于采用InSb檢測器，測量的波長范圍僅為1.3~5.4μm，最大分辨率0.5cm，最高溫度500K。為提高測量精度和光譜測量范圍，1998年，Bauer等人在原棱鏡式單色儀測量發射率裝置基礎上增加了利用FT-IR測量光譜發射率的部分(Proc.SPIE6205,62050E(2006))，光譜儀內裝有不同的分光鏡（KBr、CaF₂及石英(quartz)）和覆蓋不同波段的傳感器（Si-二極管(diode)、Ge-二極管及DTGS-檢測器(detector)），其光譜發射率測試范圍是0.4~25μm，溫度范圍100~1500℃，單次測量時間約1分鐘，分辨率優于0.2μm，但該方法需要對樣品通大電流，利用樣品自身阻抗加熱樣品，故一般只能用來加熱金屬塊體材料，適用范圍有限。此外，賓夕法尼亞州立大學的Modest等人研制的FT-IR的光譜發射率測量裝置(J.Heat?Transfer,128,374(2006)，J.Quant.Spect.&Rad.Transfer,73,329(2002))，該裝置光譜測量范圍為1~20μm，溫度上限可以達到1550℃；其獨特之處在于光路中增加了一套氣體測量附件，利用垂直中空的管式爐加熱樣品，在爐腔內套SiC圓筒作為黑體空腔，并設計有可重復快速下落運動的下落管；在測量樣品紅外信號時，通過分別測量空腔黑體和冷卻下落管（隔絕黑體空腔熱輻射）的熱輻射信號，以此測量水蒸氣和CO₂等氣體的紅外高溫發射率。美國NIST研制的集成式熱輻射性能測試系統(Proc.of?SPIE,5405,285(2004))配有6個黑體輻射源（兩個恒溫黑體和4個變溫黑體）和多組探測輻射計（FTIR或濾光片式輻射計），并配有兩組旋轉反射鏡，分別用于黑體源的選擇和探測裝置的選擇；選用FT-IR和標準樣品時，可以對材料的光譜發射率進行測試評價，該系統覆蓋光譜范圍1~20μm，測量溫度范圍為600~1400K，測試功能多，結構復雜，紅外發射率測量主要對透明材料。?