[发明专利]一种高温条件半透明材料光谱发射率测量装置及方法

说明书

本发明公开一种高温条件半透明材料光谱发射率测量装置及方法，该装置包括傅里叶红外光谱仪、黑体辐射源、转换光路、加热装置、样品腔装置、导轨、数据采集器及个人计算机，所述傅里叶红外光谱仪与第一个人计算机连接；所述的黑体辐射源由数字式PID控制器控制；加热装置由温度控制器控制；样品腔放置在导轨上，半透明样品固定在样品腔上，且样品的表面固定一个热电偶，该热电偶与数据采集器连接，而数据采集器与第二个人计算机相连。本发明通过快速移动的样品消除加热装置对半透明材料发射率测量的背景辐射来测量发射率，发射率测量原理与不透明材料发射率测量原理一致；装置设计构造简洁，操作步骤简便，测量精度高。

技术领域

本发明属于高温材料热物性测量技术领域，特别是一种高温条件半透明材料光谱发射率测量装置及方法。

背景技术

半透明介质在能源动力、航空航天、信息通信等科学领域有广泛应用，其中包括在燃汽轮机叶片上的热防护涂层，导弹、火箭外侧表面的热障防护材料，热像仪透镜、光电探测系统窗口的红外光学材料等。

而随着国防技术、材料科学的发展，对半透明材料辐射特性需求越来越迫切。例如，对热防护涂层设计时，因高温条件下结构热设计中辐射换热占据了主导地位，从而准确获知涂层材料的光谱发射率特性，对于热防护结构的设计起到了重要作用。另外，在高温非接触式测温领域，采用辐射高温计准确测量样品温度时，材料在辐射高温计测量波段的光谱发射率需已知。因此，准确地表征半透明材料光谱发射率有着重要的工程应用价值。

现阶段国内外对高温条件下半透明光谱发射率的研究还比较少，而对半透明材料光谱发射率测量研究过程中，因被测材料对某一些波长范围的能量是高透的，加热体会对样品光谱发射率测量产生影响，消除加热装置对半透明材料光谱发射率测量的影响尤为关键。目前存在的半透明材料光谱发射率测量装置主要存在成本高，装置比较复杂，测量步骤较多等问题，例如韩国的LEE GEUN WOO等人(KOREA RES INST OFSTANDARDS.SIMULTANEOUS MEASUREMENT METHOD OF EMISSIVITY,TRANSMISSIVITY,ANDREFLECTIVITY PROPERTIES FOR TRANSPARENT OR SEMITRANSPARENT MATERIALS UNDERHIGH TEMPERATURE:KR,KR20090118888A[P].2011-6-10)采用了双基底法对半透明材料光谱发射率进行测量，在此过程中，需选取两种材料作为基底，一种材料具有较低的发射率及另一种材料具有较高的发射率，通过测量两种基底材料的发射率以及带有这两种基底的样品的表观发射率，计算得出半透明材料光谱发射率，可看出获得一个测量半透明材料光谱发射率需要的次数为4次；而德国的Manara采用黑体边界条件法测量半透明陶瓷材料发射率，该种方法需对处于不同稳定的黑体边界条件下半透明样品的表观辐射强度进行测量，而后根据测量结果计算出样品发射率，该方法测量次数较多，而且黑体边界条件的状态难以保持稳定；国内哈工大的王大林等人(哈尔滨工业大学.一种基于能量法的半透明材料高温辐射率测量装置及扣除背景辐射的修正方法:中国,CN201110448155.8[P].2012-7-11.)通过测量不同环境中半透明样品的辐射强度，通过分析计算得到半透明材料的发射率，其装置比较复杂，测量步骤较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构造简明，操作步骤简洁的高温条件半透明材料光谱发射率测量装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高温条件半透明材料光谱发射率测量装置，包括傅里叶红外光谱仪、黑体辐射源、转换光路、加热装置、样品腔装置、导轨、数据采集器及个人计算机，所述傅里叶红外光谱仪与第一个人计算机连接，第一个人计算机对傅里叶红外光谱仪进行操作与控制；所述的黑体辐射源由数字式PID控制器控制；加热装置由温度控制器控制；样品腔放置在导轨上，半透明样品固定在样品腔上，且样品的表面固定一个热电偶，该热电偶与数据采集器连接，而数据采集器与第二个人计算机相连，该第二计算机实现对温度的数据收集；