[发明专利]一种负温及常温不透明材料发射率测量装置

说明书

本发明公开了一种负温及常温不透明材料发射率测量装置。它包括，真空低温仓、低温恒温循环系统、光学系统、电控平移台和计算机控制与测量系统。其测量原理为利用探测器将被测目标与相同温度下的等温黑体的辐射能量进行测量和比较，从而得到材料在不同光谱下的光谱发射率。本发明可以实现7至13μm典型光谱范围、‑50℃～50℃温度范围的材料法向光谱发射率测量。所述光学系统和测量系统均处在真空低温环境中，避免了大气衰减对发射率测量影响，拓展了材料发射率测量的下限，提高了测量结果的不确定度。

技术领域

本发明涉及材料热物性参数技术领域，特别涉及一种负温及常温不透明材料发射率测量装置，适用于负温及常温下金属、非金属等不透明材料表面法向光谱发射率的测量。

背景技术

材料光谱发射率是材料的重要热物性参数之一，表征了材料表面光谱辐射能量辐射能力。工业应用和科学研究中，辐射测温的方法得到了越发广泛的应用，为了准确的测量材料表面的温度，必须要知道被测表面发射率。此外，在武器装备研制中，评价材料隐身性能的重要指标之一便是其光谱发射率特性。材料光谱发射率是辐射测温、辐射换热分析、材料隐身性能评价的重要基础物性数据。然而，光谱发射率与负温及常温温材料光谱发射率的测量问题，除了与材料的组分、温度、波长范围、表面状态等因素相关外，受环境温度及环境辐射的影响非常大，已有文献中的相关光谱发射率数据并不能完全满足应用需求。

国内外从事热测量科学的学者对材料法向光谱发射率的相关测量技术开展了许多研究工作。根据测试原理的不同，发射率测量方法可分为量热法、反射法、能量法等等。然而大都是针对中高温条件下的材料发射率进行的研究，负温及常温下材料光谱发射率测量技术研究相对较少，比较典型的有德国联邦物理技术研究院(PTB)和日本国家计量研究所(NRIJ)。2000年，日本NRIJ研制出基于傅里叶变换红外光谱仪的发射率测量装置，装置测量的光谱范围为5μm～12μm，温度范围为-20℃～100℃，测量时间约为几秒。如2008年，德国PTB研制出一种用于工业校准的发射率测量装置，该装置是通过高质量黑体与样品的辐射进行比较来测量材料光谱发射率，其中考虑了环境辐射与光谱仪本身固有辐射。测量温度范围为80℃～400℃，波长范围为4μm～40μm。2009年PTB又研制出一种在真空条件下测量发射率的装置，该装置测量温度范围为0℃～430℃，测量波长范围为1μm～1000μm。

负温及常温附近测量发射率时，由于受环境辐射的影响比较大，目标辐射和背景辐射差别不大，实现其测量的难度也比较大，在此温度范围的发射率测量问题尚未得到很好的解决。针对以上问题，发明了一种负温及常温不透明材料发射率测量装置，对于负温及常温材料光谱发射率测量具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种负温及常温不透明材料发射率测量装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提出的一种负温及常温不透明材料发射率测量装置，包括：真空低温仓、低温恒温循环系统、光学系统、电控平移台和计算机控制与测量系统。

所述真空低温仓是为所述负温及常温不透明材料发射率测量装置提供真空低温环境，避免环境对于发射率测量的影响。真空低温仓包括仓体、抽真空系统和液氮制冷系统。

所述抽真空系统和制冷系统分别与仓体连接。抽真空系统的作用是确保仓体内真空度不低于10^-3Pa；所述制冷系统是对仓体内部制冷，确保仓体内部温度不高于100K。

所述制冷系统为液氮制冷系统。

所述低温恒温循环系统包括低温恒温槽、低温参考黑体、低温样品炉、低温泵及管路系统。低温恒温循环系统的作用是实现低温参考黑体和低温样品炉温度的调节和控制，其工作温度范围是-50℃～50℃。