專利名稱：中溫黑體輻射源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬中溫范圍內(nèi)溫度(或輻射)計量裝置。
一般黑體輻射源是由七大部件構(gòu)成，即黑體腔;加熱器;保溫器;冷卻器;黑體腔內(nèi)測溫元件，控溫元件;精密輻射光攔等構(gòu)成。其中黑體腔的優(yōu)化設(shè)計及腔芯制備工藝是獲得最佳輻射率的最基本條件;加熱器，保溫器是獲得穩(wěn)定而均勻的溫場分布;控溫測溫元件是用于控制腔內(nèi)獲得所需恒定均勻溫度場輻射;輻射光攔是限制和調(diào)節(jié)輻射源輻射能量的大小。
國外黑體輻射裝置一般分為基準標準;次基準級標準;及工業(yè)標準三種。前兩種主要用于標準計量部門，后一種屬于工業(yè)黑體主要適用于工程或工廠中輻射測量。
本發(fā)明屬于中溫區(qū)工業(yè)黑體。
經(jīng)檢索1975年至1986年英、德文專利及文獻資料，國外中溫區(qū)工業(yè)黑體較典型的制造廠家有美國紅外工業(yè)公司(INFR)，美國光電工業(yè)公司(E·O·I)，和美國巴林工程公司(B·E·I)。目前，在中溫區(qū)小口徑、小功率的工業(yè)黑體中典型產(chǎn)品是美國紅外工業(yè)公司(INFR)的400系列產(chǎn)品。在國內(nèi)有幾家紅外科研單位及廠家如中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所、航空部202廠等單位也研制了中溫黑體輻射源，但他們有的是引進上述國外公司的產(chǎn)品，有的在結(jié)構(gòu)上與本發(fā)明有很大差異。而且上述國內(nèi)外所生產(chǎn)的黑體爐在結(jié)構(gòu)上或性能上都不同程度地存在缺陷，如有的用水冷但體積較大，外殼升溫較高;有的無風帽。氣流對腔內(nèi)溫場影響較大;有的采用單層加熱而使腔內(nèi)溫場不均勻等。
本發(fā)明的目的就是為克服上述國內(nèi)外中溫黑體輻射源的不足而研制的。本發(fā)明的中溫黑體輻射源提供了一個新的裝置，此裝置采用優(yōu)化的腔體設(shè)計;腔芯材料用特定高溫氧化發(fā)黑處理;還采用了安置風帽及石英杜瓦并封裝保溫等技術(shù)，從而使該發(fā)明具有全發(fā)射率高;溫度穩(wěn)定性好;升溫快;體積小等優(yōu)點。
本發(fā)明的原理是一個具有特定的黑體腔，能按照由該溫度決定的恒定的光譜范圍向其周圍輻射出穩(wěn)定能量的輻射，其總輻射度由斯忒蕃玻爾茲曼定理M＝δT4確定，其中δ為斯忒蕃玻爾茲曼常數(shù)，為定量地描述所制作的黑體輻射源與理論值的接近程度一般在工程技術(shù)中用M＝εT4，ε定義為相同溫度下制作出的黑體輻射源與理想黑體輻射源之比。ε稱為有效發(fā)射率或全發(fā)射率。ε是作為黑體輻射源輻射水平最主要的參數(shù)。黑體輻射源基本工作方法是用優(yōu)化設(shè)計和經(jīng)特殊工藝處理的具有全發(fā)射率高的黑體腔，使其腔內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定而均勻的特定溫度場，此溫度從光攔中輻射出，此輻射出的即是一定波長范圍的能量的熱輻射。


圖1所示即為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。它的主要部件構(gòu)成是黑體腔(1)是產(chǎn)生黑體輻射源，一個高質(zhì)量的黑體必須具有最優(yōu)化的腔形設(shè)計，才能得到較高的發(fā)射率ε。一般有圓柱形、圓錐形或軸對稱的旋轉(zhuǎn)組合體等構(gòu)成。本發(fā)明為圓錐形，其特點之一是選用長徑比為5。
加熱器(2)是提供黑體輻射熱能，此加熱器需使腔體內(nèi)加熱至所需恒定溫度場。
石英杜瓦并(3)用真空封裝方式起隔熱作用，阻止熱量向周圍輻射傳導(dǎo)所引起熱耗散。
風機(4)起向后排風冷卻腔體外殼及冷卻輻射光柵的作用。
控溫元件(5)將腔內(nèi)溫度標量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)標量以提供給控溫儀對腔內(nèi)溫度進行控制。
測溫元件(6)將腔內(nèi)溫度量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量以對腔內(nèi)溫度進行測量。
絕熱層(7)阻止隔絕腔體內(nèi)熱量傳導(dǎo)，並起固定內(nèi)部部件的作用。
底蓋(8)緊固作用。
風道(9)是排風中空氣流動的空間。
風帽(12)隔開和調(diào)節(jié)風道與黑體腔口從而使黑體腔內(nèi)溫場分布均勻使溫場分布與風向和風速無關(guān)。
支架(10)用于安置手柄或固定支承用輻射光柵(11)能調(diào)節(jié)黑體腔內(nèi)輻射能的大小。
由于本發(fā)明在腔形設(shè)計、腔體材料及其材料的處理工藝方面;在石英杜瓦并封裝絕熱技術(shù)方面;采用風帽等其他技術(shù)因而使該發(fā)明具有與其他國外國內(nèi)同類工業(yè)黑體輻射源不同的特點，如全發(fā)射率高;升溫快;溫度穩(wěn)定性好;溫場均勻;體積小適于室外或在運動體系中使使用等能在工業(yè)和科研中廣泛地應(yīng)用。
圖1亦是本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖其中黑體腔(1)是選用1G18Ni9Ti不銹鋼材料，此材料經(jīng)高溫氧化發(fā)黑處理。該處理工藝方法與美國及日本(日本專利1977～134833特許公報)均不同。該具體處理工藝如下a將加工成形的腔芯噴沙清洗，使其發(fā)射腔表面形成均勻無光澤的表面。b浸蝕表面處理將腔芯放入鉻酸和硫酸混合液中進行表面去氧化處理。c電解用鉻酸磷酸的水溶液中進行表面去氧化處理。c電解用鉻酸磷酸的水溶液電解腔芯，使其內(nèi)部形成其基底相異的膜層。d燒結(jié)將腔芯放入1070℃±5℃爐中燒結(jié)形成氧化發(fā)黑層。e著色將腔芯表面形成全黑而穩(wěn)定的膜層。f熱封和再熱處理，進一步提高全黑膜層的附著力與穩(wěn)定性。腔體設(shè)計采用圓錐形的腔長比為5的優(yōu)化設(shè)計。在加熱工藝上腔體的軸向爐溫分布均勻而且穩(wěn)定。這樣該發(fā)明制作出來的腔是全黑表面氧化層(國外報導(dǎo)多為蘭黑色)從而使全發(fā)射率?！?.90。
加熱器(2)采用多層繞制的電阻絲加熱，由于采用無感繞制，使電磁感應(yīng)和其他干擾可降至最小。
保溫裝置(3)采用石英(或硬質(zhì)玻璃)杜瓦并吹制封裝並在其內(nèi)壁涂銀，再抽真空至10-3乇以下(即真空度高于10-3乇)。
抽風機(4)是使用風冷的辦法使本發(fā)明的裝置具有體積小。
風帽(12)是阻止風道與黑體腔對流使腔內(nèi)的溫度場穩(wěn)定而均勻不受風速和風向的干擾，腔內(nèi)溫場均勻性≤0.5℃。
控溫元件(5)用100歐鉑電阻溫度計構(gòu)成並接出外與控溫儀相聯(lián)。
測溫元件(6)為銅-鏮銅熱電偶，直接測量爐腔內(nèi)溫度。
輻射光欄(11)，其孔徑可以從φ1至φ5mm，是調(diào)節(jié)輻射出能量的大小。
絕熱層(7)是由能有優(yōu)良絕熱性能材料構(gòu)成。
(8)為底蓋，(10)為支架可以安手柄或支三角架。
此實施例的主要結(jié)構(gòu)尺寸柱形腔體l200mm×φ120mm。
錐形黑體腔芯l90mm×φ35mm。
光欄中心高度h＝81mm。
空腔尺寸l＝400mm腔開口直徑D1＝16mm蓋板孔徑D2＝12mm此實施例所述達到技術(shù)指標工作溫度500～600k°發(fā)射率0.99±0.01溫控精度±0.5℃/4小時腔形錐形開口孔直徑φ12mm輻射孔φ1、φ1.5、φ2、φ3、φ5(mm)電源220V、50HZ，最大加熱電流0.7A輻射孔溫度不高于室溫10℃。
權(quán)利要求
1.一種用于紅外探測器；紅外測溫儀及其他紅外整機定標用的黑體輻射源裝置。主要由黑體腔(1)，加熱器(2)，其空杜瓦并(3)，控溫元件(5)，測溫元件(6)，風道(9)，光欄(11)等部件構(gòu)成。其特征在于所說的黑體腔(1)其腔形設(shè)計是用控長比為5的短腔比的錐體，其腔體芯材料用SuS-304不銹鋼(即1G18NiTi)，此材料用1070℃±5℃高溫氧化發(fā)全黑工藝處理。
2.按照權(quán)利要求書1所述的真空杜瓦并(3)，其特征在于此杜瓦并是用石英材料或硬質(zhì)玻璃材料吹制並封裝成真空并，此杜瓦真空度在10-3乇以下(即真空高度于10-3乇)。
3.按照權(quán)利要求書(1)所述的風道(9)，其特征在于在此風道上增加安裝了風帽(12)，其安裝位置和方式如圖1所述方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于中溫標準紅外輻射源裝置，用于紅外探測器；紅外測溫儀或其他紅外整機的輻射的定標。本發(fā)明除具有一般黑體輻射源上大部件構(gòu)成外，其特點是在腔體設(shè)計；腔芯材料處理工藝；石英(硬質(zhì)玻璃)杜瓦瓶封裝保溫；軸流風機配風帽等技術(shù)上采取了一些特殊措施，從而使該黑體爐具有全發(fā)射率高、溫度穩(wěn)定性好，溫場均勻性好，體積小等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/35GK1032979SQ8710758
公開日1989年5月17日 申請日期1987年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月31日
發(fā)明者顧伯奇, 劉景生, 柳用良, 吳金海, 鄭衛(wèi)鍵, 季若曦 申請人:昆明物理研究所