基于紅外測溫儀的材料發射率測量方法技術

基于紅外測溫儀的材料發射率測量方法，屬于高溫不透明材料熱物性測量技術領域；本發明專利技術是為了解決現有材料發射率測量方法的測量結果精確度差、使用復雜和測量速度慢的問題；本發明專利技術首先使用紅外測溫儀對黑體爐的溫度進行測量，并通過計算得到紅外測溫儀接收的雜散輻射能，然后使用熱電偶測溫儀對待測材料所制成的試件表面溫度進行測量，得到了試件表面的真實溫度；本發明專利技術設計實現了在五種設定紅外測溫儀發射率條件下使用測量試件表面溫度，得到五個測量溫度值，利用五個設定發射率和五個測量溫度值代入計算公式得到五個材料發射率，并取其平均值獲得待測材料發射率，本發明專利技術主要應用在高溫不透明材料發射率測量技術領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種及扣除雜散輻射的測量方法，屬于高溫不透明材料熱物性測量

技術介紹
發射率定義為同等溫度下材料表面輻射能與黑體輻射能的比值。各種材料表面的發射率是表征材料表面輻射本領的物理量，是一項極其重要的熱物性參數。根據波長范圍，發射率可分為全光譜發射率，光譜發射率和波段發射率；根據測量方向可分為半球發射率和方向發射率。材料發射率的測量涉及到航空航天、軍事、化工、建筑、醫療、新能源及大氣科學等多個領域。其典型應用包括:飛機蒙皮的紅外隱身、航天飛行器再入大氣層時表面的燒蝕、導彈的預警及攔截、火車車軸溫度的測量、遙感輻射測量技術等。針對材料的發射率測量，美國、法國、英國、日本等國做過很多研究?，F有的測量方法主要有三種:(I)量熱法，通過確定樣品在穩態或瞬態過程中輻射或吸收的熱流，利用能量平衡方程求得發射率，一般多用于半球發射率的測量；(2)反射法，根據能量守恒定律和基爾霍夫定律，將已知強度的輻射能投射到被測不透明樣品表面上，并用反射計測出表面反射能量，求得樣品的反射率進而計算出發射率；(3)能量法，直接測量樣品的輻射能，根據普朗克定律，借助發射率的定義式計算出樣品表面的發射率。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有材料發射率測量方法的測量結果精確度差、使用復雜和測量速度慢的問題，本專利技術提供了一種。所述的是采用紅外測溫儀、熱電偶探頭、熱電偶測溫儀、黑體爐和溫度控制系統實現材料發射率的測量，所述的溫度控制系統包括加熱爐，加熱器，溫度采集裝置和溫度巡檢操控儀，所述的加熱爐設有圓形透光孔，實現材料發射率的測量過程為:步驟一、首先將待測材料制作成圓形試件，其中待測材料為不透明材料，再將紅外測溫儀的入瞳口對準黑體爐的透光孔，所述的黑體爐的發射率ε = 1、溫度為Tbl，對紅外測溫儀的測溫光路進行準直調節，使黑體爐的透光孔和紅外測溫儀的入瞳口中心位于同一水平高度并相對放置，紅外測溫儀入瞳口與黑體爐的透光孔之間的距離厶其中，*是紅外測溫儀的參數，D表示紅外測溫儀與其相對的圓形試件之間的距離，S表示紅外測溫儀與其所對待測圓形試件中心所在的圓面積，d為圓形試件的直徑，紅外測溫儀的發射率為ε' b，紅外測溫儀測量獲得的黑體爐的測量溫度STmbl,調整黑體爐的溫度為Tb2，并采用紅外測溫儀測量獲得黑體爐的測量溫度為Tmb2，調整設定黑體爐的溫度為Tb3，并采用紅外測溫儀測量獲得黑體爐的測量溫度為Tmb3，其中，Tbl, Tb2, Tb3在室溫至1500°C溫度范圍內的取值，并且Tbl < Tb2 < Tb3 ;根據參數Tmbl> Tmb2, Tmb3采用扣除雜散輻射算法計算出雜散輻射能量；步驟二、將圓形試件鑲嵌并固定在加熱爐的圓形透光孔內，并且所述圓形透光孔與圓形試件同心，對紅外測溫儀的測定光路進行準直調節，使加熱爐的圓形透光孔中心和紅外測溫儀入瞳口中心位于同一水平高度并且相對放置；步驟三、打開加熱爐電源開關，開始對圓形試件加熱；步驟四、待圓形試件被加熱至實驗測量溫度時，利用溫度巡檢操控儀使圓形試件保持恒溫時，將熱電偶測溫儀的熱電偶探頭接觸圓形試件表面的中心位置，測量得到圓形試件表面的測量溫度值 ；，并將其測量溫度值I；作為圓形試件的真實溫度；所述的步驟四中所述的實驗測量溫度的范圍是373 1773K。步驟五、開啟紅外測溫儀，其發射率為ε ' i，并保持紅外測溫儀入瞳口中心與圓形試件的外表面中心之間的距離4紅外測溫儀入瞳口中心對準圓形試件的外表 O面中心進行測量，得到測量溫度值Tml ；步驟六、依次將紅外測溫儀設定發射率值調整為ε ' 2、ε' 3、ε ' 4、ε ' 5，并在每次調整紅外測溫儀的設定發射率之后，執行步驟五，依次得到對應的測量溫度值Tm2、Tffl3,Tm4、Tm5 ; 步驟七、結合步驟四、步驟五和步驟六中獲得的圓形試件的測量溫度值以及步驟一中計算出的雜散輻射能量，計算得到待測材料在室溫至1500°C溫度范圍內的材料發射率ε ο所述的步驟一中所述的利用扣除雜散輻射算法計算出雜散輻射能量，其具體方法為:所述的紅外測溫儀的工作波段為大氣窗口，紅外測溫儀的測溫公式表示為，ε' fCTj + a-e' )f(Te) = ε f (Tr) + (1-a ) f (Te)+g (Te)(I)式中，Tni為紅外測溫儀測得的溫度，單位K ；Tr為所測圓形試件的真實溫度，單位K ；Te為環境溫度，單位K ；ε為所測圓形試件的發射率；ε '為紅外測溫儀設定發射率；a為所測圓形試件的表面吸收率；g(Te)為雜散輻射能；令所測圓形試件為灰體，則有a = ε，帶入式(I)中得，ε' f(Tm) + (l-e' )f(Te) = ε f (Tr) + (1-ε ) f (Te)+g (Te) (2)依據普朗克定律得，f ⑴=CTn(3)式中，C為常數；η為指數，根據紅外測溫儀I的工作波段取值，所述的紅外測溫儀的工作波段是3 5口111時，取11 = 9.3，所述的紅外測溫儀的工作波段是8 14口111時，取11 = 4，將式(3)代入式⑵中得，εΤ；' + (I _ f) Γ； = εΤ,η +(Ι-ε)Τ； +h(Te)(4)式中，/2(2；)= !^.將步驟一中黑體爐的測量溫度Tmbl、Tfflb2, Tfflb3以及環境溫度T6代入(4)式得，H1 (Te) = ehT「nM +(1- )T -T^1(5a)h2(Te) = ￡hr;nhl+(1-^)r；-τζ2(5b) h,(Te) = ehT；:b3 +(l-eb)T:- Thn3(5c)取平均值可得雜散輻射能表示為，g (Te) = Ckl ⑷ + kl ( ) +、⑷(6)所述步驟七中計算得到待測材料在室溫至1500°C溫度范圍內的材料發射率ε，其具體實現方法為，材料發射率ε表達式如下， P (τη — τη、一 g(『e)c-^mC rpH ΓρΠ~Je(7)將步驟五和步驟六中，依次將紅外測溫儀的五個發射率ε '設定值ε ' ^ ε ^ 2、ε ' 3、ε ' 4、ε ' 5和相應的五個測量溫度值Tml、Tm2、Tm3、Tm4、Tm5分別代入式(7)中得到五個材料發射 率，:/ γ，η _j，π \ _ ^ (^e )_8] V 1卜—(Sa) Irpn 一 γ e J I ψ η _ ψη \ _ S(^e)_9] g2= 4 W2~(8b rJnJ1_τη I /rpn ψη \ S (^e ) ε4= 4“4-小I(8d) 4rpn rpn lr ~Je P / ψη _ ψn \ _ S )= -η er~cZ(8e> )T — τη對上述得到的五個材料發射率ει、ε2、ε3、ε 4、ε 5取平均值即得到待測材料在室溫至1500°C溫度范圍內 的發射率ε為:本實施方式是根據所述的步驟七中紅外測溫儀在五個不同設定發射率下的圓形試件溫度測量值、步驟四中熱電偶測溫儀測得的圓形試件的真實溫度、步驟一中計算出的雜散輻射能量計算得到圓形試件在室溫至1500°C溫度范圍內的材料發射率ε。本專利技術首先使用紅外測溫儀對黑體爐的溫度進行測量，并通過計算得到紅外測溫儀接收的雜散輻射能，然后使用熱電偶測溫儀對不透明材料的圓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于紅外測溫儀的材料發射率測量方法，其特征在于，它是采用紅外測溫儀(1)、熱電偶探頭(4)、熱電偶測溫儀(7)、黑體爐(8)和溫度控制系統實現材料發射率的測量，所述的溫度控制系統包括加熱爐(2)，加熱器(3)，溫度采集裝置(5)和溫度巡檢操控儀(6)，所述的加熱爐(2)設有圓形透光孔，實現材料發射率的測量過程為：步驟一、首先將待測材料制作成圓形試件(9)，其中待測材料為不透明材料，再將紅外測溫儀(1)的入瞳口對準黑體爐(8)的透光孔，所述的黑體爐(8)的發射率ε＝1、溫度為Tb1，對紅外測溫儀(1)的測溫光路進行準直調節，使黑體爐(8)的透光孔和紅外測溫儀(1)的入瞳口中心位于同一水平高度并相對放置，紅外測溫儀(1)入瞳口與黑體爐(8)的透光孔之間的距離其中，是紅外測溫儀(1)的參數，D表示紅外測溫儀(1)與待測圓形試件(9)之間的距離，S表示紅外測溫儀(1)與所對待測圓形試件(9)中心所在的圓面積，d為圓形試件(9)的直徑，紅外測溫儀(1)的發射率為ε′b，紅外測溫儀(1)測量獲得的黑體爐(8)的測量溫度為Tmb1，調整黑體爐(8)的溫度為Tb2，并采用紅外測溫儀(1)測量獲得黑體爐(8)的測量溫度為Tmb2，調整黑體爐(8)的溫度為Tb3，并采用紅外測溫儀(1)測量獲得黑體爐(8)的測量溫度為Tmb3，其中，Tb1、Tb2、Tb3在室溫至1500℃溫度范圍內的取值，并且Tb1＜Tb2＜Tb3；根據參數Tmb1、Tmb2、Tmb3采用扣除雜散輻射算法計算出雜散輻射能量；步驟二、將圓形試件(9)鑲嵌并固定在加熱爐(2)的圓形透光孔內，并且所述圓形透光孔與圓形試件(9)同心，對紅外測溫儀(1)的測定光路進行準直調節，使加熱爐(2)的圓形透光孔中心和紅外測溫儀(1)入瞳口中心位于同一水平高度并且相對放置；步驟三、打開加熱爐(2)電源開關，開始對圓形試件(9)加熱；步驟四、待圓形試件(9)被加熱至實驗測量溫度時，利用溫度巡檢操控儀(6)使圓形試件(9)保持恒溫時，將熱電偶測溫儀(7)的熱電偶探頭(4)接觸圓形試件(9)表面的中心位置，測量得到圓形試件(9)表面的測量溫度值Tr，并將其測量溫度值Tr作為圓形試件(9)的真實溫度；步驟五、開啟紅外測溫儀(1)，其發射率為ε′1，并保持紅外測溫儀(1)入瞳口中心與圓形試件(9)的外表面中心之間的距離紅外測溫儀(1)入瞳口中心對準圓形試件(9)的外表面中心進行測量，得到測量溫度值Tm1；步驟六、依次將紅外測溫儀(1)設定發射率值調整為ε′2、ε′3、ε′4、ε′5，并在每次調整紅外測溫儀(1)的設定發射率之后，執行步驟五，依次得到對應的測量溫度值Tm2、Tm3、Tm4、Tm5；步驟七、結合步驟四、步驟五和步驟六中獲得的圓形試件(9)的測量溫度值以及步驟一中計算出的雜散輻射能量，計算得到待測材料在室溫至1500℃溫度范圍內的材料發射率ε。FDA00002826036100011.jpg,FDA00002826036100012.jpg,FDA00002826036100021.jpg...

【技術特征摘要】
1.關于紅外測溫儀的材料發射率測量方法，其特征在于，它是采用紅外測溫儀(I)、熱電偶探頭(4)、熱電偶測溫儀(7)、黑體爐(8)和溫度控制系統實現材料發射率的測量，所述的溫度控制系統包括加熱爐(2)，加熱器(3)，溫度采集裝置(5)和溫度巡檢操控儀￠)，所述的加熱爐(2)設有圓形透光孔，實現材料發射率的測量過程為: 步驟一、首先將待測材料制作成圓形試件(9)，其中待測材料為不透明材料，再將紅外測溫儀⑴的入瞳口對準黑體爐⑶的透光孔，所述的黑體爐⑶的發射率ε = 1、溫度為Tbl，對紅外測溫儀(I)的測溫光路進行準直調節，使黑體爐(8)的透光孔和紅外測溫儀(I)的入瞳口中心位于同一水平高度并相對放置，紅外測溫儀(I)入瞳口與黑體爐(8)的透光孔之間的距離2.根據權利要求1所述的基于紅外測溫儀的材料發射率測量方法，其特征在于，所述的步驟一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：牛春洋，齊宏，王大林，阮立明，姜寶成，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：