[发明专利]一种低温面源黑体的均温结构及其制造方法

说明书

本发明提供一种低温面源黑体的均温结构及其制造方法，其包括：冷源连接部分，所述冷源连接部分与冷源进行连接；混热板，所述冷源连接部分设置在混热板上，从所述冷源连接部分传导过来的能量在混热板中进行传导并分布；在所述混热板远离所述冷源连接部分的一侧设置有冷量分配器，所述冷量分配器上具备环形凹槽。本发明具有更佳的温度场分布：通过均温体内的冷量分配器对冷量进行调控，使黑体辐射板受热更均匀，并可通过热量补偿抵消边界换热的影响；降低了对混热结构的需求，有效降低了均温体的重量。

技术领域

本发明涉及温度控制领域，具体涉及一种低温面源黑体的均温结构及其制造方法。

背景技术

温度均匀性是面源黑体的重要技术指标。根据普朗克方程，黑体辐射源的光谱辐射亮度由黑体温度和波长表示，而普朗克定律的修正Sakuma-Hattori插值方程给出了辐射计的校准方案，利用一组发射率和温度可知的黑体辐射源即可以对辐射温度计进行标定。因此，作为温度参数的表征，黑体辐射源的温度均匀性和稳定性均是评价黑体辐射源性能的主要指标。均匀性的好坏将直接会影响到空腔的有效发射率，也会影响到辐射计温度溯源的可靠性和准确性。

通常，面源黑体的温度控制是通过冷源来实现的，如在面源黑体后端安置冷头进行导热降温；或在面源黑体后端布置液冷管进行液冷降温。然而，在实际研究中，受限于冷源施加功率分布的差异，在低温面源黑体中直接连接冷源进行控温的方式难以满足温度均匀性的需求。现有技术通常采用高导热材料的金属导热板或导热桥作为均温体，在均温体中，冷源施加的功率分布的差异会随冷量在金属导热板内传导和扩散而逐渐减小。

然而，均温的效果是通过在实心金属板传导和扩散实现的，这意味着需要更厚、更重的金属导热板来保证均温的效果；只能削减因冷源施加的功率分布的差异而导致黑体辐射面温差，这一削减效果存在上限，并不能完全消除，且均温效果较低。此外，面源黑体侧面存在的边界换热也将严重影响黑体辐射面的温度均匀性，造成黑体辐射面中心与四周的温度差异，特别是在面源黑体与环境温度存在较大温差时，这一问题是传统均温体无法解决的。因此，设计具有高均匀性的均温体对冷量进行混热、均温是必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高温度均匀性的面源黑体均温体结构，可大幅度改善因冷量分配以及边缘散热而导致的辐射面温度分布差异较大等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种采用在接触面包含冷量分配器的匀温体设计方式，通过调整冷量分配器上凹槽位置及其宽度，对由后方冷源流入前端黑体辐板的冷量进行重新分配与调整，以实现所述面源黑体温度均匀性提高的设计方法。

本发明提供了一种低温面源黑体的均温结构，其包括：冷源连接部分，所述冷源连接部分与冷源进行连接；混热板，所述冷源连接部分设置在混热板上，从所述冷源连接部分传导过来的能量在混热板中进行传导并分布；在所述混热板远离所述冷源连接部分的一侧设置有冷量分配器，所述冷量分配器上具备环形凹槽。

其中，所述环形凹槽的宽度从中央区域向边缘区域呈现减小的趋势。

其中，所述冷源包括至少四个冷头。

其中，进一步包括所述冷量分配器与所述固定板相接触，将所述热量均匀传递到所述固定板。

其中，进一步包括黑体辐射板，所述固定板与所述黑体辐射板紧密接触，所述固定板的温度均匀传递到所述黑体辐射板。

本发明还提供了一种均温结构的制造方法，其包括：

步骤1.对黑体辐射板的结构进行热分析，根据面源黑体的边界条件以及各结构连接顺序建立冷量传递路径；

步骤2.根据实际工况，对均温体进行机械设计；

步骤3.对冷量分配器进行设计；

步骤4.根据分析研究对象，构建数学模型或有限元仿真模型进行求解；