一種穩態量熱計法半球發射率測試儀的制作方法
【專利摘要】一種穩態量熱計法半球發射率測試儀,包括真空室、試樣加熱組件、抽真空裝置、恒溫冷卻裝置以及數據測量與處理裝置；真空室包括真空罩以及固設在真空罩內壁上的熱沉；試樣加熱組件設置在真空室對試樣進行加熱，包括主加熱器；抽真空裝置與該真空室的真空測試空間連通；恒溫冷卻裝置與真空室的冷卻介質通道連通；數據測量與處理裝置采集試樣溫度、熱沉溫度、真空室內真空度以及主加熱器的功率，并計算出試樣的半球發射率。克服了測試過程對材料導熱系數與比熱容的苛刻要求，測試精度高，測試溫區寬，可以測試材料在不同溫度條件下尤其是在低溫下的半球發射率。利用該測試裝置的測試結果，可方便地計算出材料的半球發射率，測試與計算較簡單。
【專利說明】一種穩態量熱計法半球發射率測試儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及半球發射率測試儀領域，尤其是一種穩態量熱計法半球發射率測試儀。
【背景技術】
[0002]半球發射率是固體材料的一個重要物理性能參數，它體現了材料在特定溫度下相對黑體的輻射能力。材料半球發射率的測試方法包括卡計法和光學方法。其中卡計法又包括瞬態卡計法和穩態卡計法(穩態量熱計法)。瞬態卡計法能在較短的時間內連續測量試樣在不同溫度條件下的發射率，但在測試中要求試樣的導熱性好，以保證在冷卻過程中試樣內部沒有溫度梯度。因而，用其測試低熱導率材料的半球發射率較為困難。此外，采用瞬態卡計法需獲取材料在不同溫度下的比熱容，然而許多新型功能材料熱控材料的熱力學參數非常缺乏，這也限制了瞬態卡計法的應用。

【發明內容】

[0003]為了滿足熱輻射材料特別是隔熱涂料在不同溫度條件下尤其是低溫下熱發射率的測量要求，本發明合理設計了一臺基于穩態量熱計法的半球發射率測試儀。
[0004]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案:一種穩態量熱計法半球發射率測試儀，包括真空室、試樣加熱組件、抽真空裝置、恒溫冷卻裝置以及數據測量與處理裝置；
[0005]所述真空室包括真空罩以及固設在真空罩內壁上呈半包圍狀的熱沉；所述熱沉朝內的一面構成真空測試空間，朝外的一面與真空罩的內壁之間留有一條冷卻介質通道；所述冷卻介質通道內設有一冷卻介質入口與冷卻介質出口 ；
[0006]所述試樣加熱組件設置在真空室的真空測試空間內對試樣進行加熱，包括主加熱器；所述主加熱器與一標準電阻以及直流電源構成串聯回路；
[0007]所述抽真空裝置通過管道與該真空室的真空測試空間連通；
[0008]所述恒溫冷卻裝置通分別過管道與冷卻介質通道的冷卻介質入口和冷卻介質出口連通；
[0009]所述數據測量與處理裝置采集試樣溫度、熱沉溫度、真空室內真空度以及主加熱器的功率；當數據測量與處理裝置檢測到真空室內的壓力達到1.0X10_3Pa以下，且試樣溫度達到所設定的溫度時，該數據測量與處理裝置根據試樣溫度、熱沉溫度、主加熱器的功率以及試樣的輻射表面積計算出試樣的半球發射率。
[0010]相比于現有技術，本發明的一種穩態量熱計法半球發射率測試儀包括真空室、恒溫冷卻裝置、試樣加熱組件、抽真空裝置以及數據測量與處理裝置，通過穩態量熱計法，克服了測試過程對材料導熱系數與比熱容的苛刻要求，測試精度較高，測試溫區寬，應用較為廣泛，可以測試材料在不同溫度條件下尤其是在低溫下的半球發射率。利用該測試裝置的測試結果，可方便地計算出材料的半球發射率，測試與計算較簡單。
[0011]進一步，所述數據測量與處理裝置包括第一溫測單元、第二溫測單元、第三溫測單元、第四溫測單元、第一電壓計、第二電壓計以及處理單元；所述第一溫測單元設置在試樣上，測量試樣溫度；第二溫測單元設置在熱沉上；所述第三溫測單元設置在冷卻介質入口處；所述第四溫測單元設置在冷卻介質出口處；所述第一電壓計與該主加熱器并聯，測量主加熱器的電壓；所述第二電壓計并聯在該標準電阻上，測量標準電阻的電壓；所述處理單元根據第一電壓計與第二電壓計的數值以及標準電阻的阻值計算主加熱器的功率。
[0012]進一步，所述抽真空裝置包括油擴散泵、儲氣罐以及機械泵；真空室、油擴散泵、儲氣罐以及機械泵依次通過管道連通；該真空室與該油擴散泵之間的管道上設有高真空閥。
[0013]進一步，所述抽真空裝置還包括一個三通閥；該三通閥包括一個主端口與兩個選擇端口 ；該主端口通過管道與該機械泵連通；其中一選擇端口通過管道與該儲氣罐連通，另一個選擇端口通過管道與該真空室直接連通；該數據測量與處理裝置還包括高真空計、第一低真空計和第二低真空計；所述高真空計設置在高真空閥與油擴散泵之間的管道上；所述第一低真空計設置在三通閥與機械泵之間的管道上；所述第二低真空計設置在三通閥與真空室之間的管道上。高真空機構與低真空機構共用一個機械泵，并可通過三通閥切換，簡化了管路連接，省去了成本。
[0014]進一步，該試樣加熱組件包括主加熱器和輔助加熱器；該輔助加熱器呈半包圍狀，該主加熱器設置在該輔助加熱器的半包圍空間內。該輔助加熱器用于對試樣溫度補償。
[0015]進一步，該試樣加熱組件還包括一均熱板，該均熱板設置在該主加熱器上。使試樣均勻加熱。
[0016]進一步，還包括與真空罩固定連接的升降銷軸，該升降銷軸配有動力單元以及與該動力單元電連接的控制按鈕，該動力單元驅動該升降銷軸上下移動。通過控制按鈕控制升降銷軸上下移動，帶動真空罩打開或閉合，提高勞動效率。
[0017]進一步，所述恒溫冷卻裝置為循環冷卻水裝置或液氮罐。
[0018]進一步，所述熱沉的朝向真空測試空間的一面涂覆有無光黑漆。
[0019]進一步，所述測試儀還包括測試主機；該測試主機包括顯示屏、真空壓力表、溫度顯示儀以及控制面板；該真空壓力表顯示第一低真空計、第二低真空計以及高真空計所測得的數值；所述溫度顯示儀顯示第一溫測單元與第二溫測單元的所測得的數值；所述控制面板上設有多個控制按鈕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的一種穩態量熱計法半球發射率測試儀的裝置連接圖
[0021]圖2是圖1中真空I的的內部結構示意圖
[0022]圖3是圖2中的主加熱器31與輔助加熱器32的電路圖
[0023]下面參見附圖及具體實施例，對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0024]采用穩態卡計法測量材料半球發射率的原理如下:假設試樣的半球發射率ε η等于半球吸收率，當試樣溫度T達到熱平衡時，有如下關系式:
[0025]Q= εΗσ A(T4-T04)+Qw+Qg_Qr (I)
[0026]式中ο為斯蒂芬一波爾茲曼常數;A為試樣的表面積；T和Ttl分別為試樣與測試室內壁的溫度；Q為加熱器的加熱功率；QW為試樣通過引線的熱損；Qg為測試室內由殘余氣體引起的熱損；Qr為試樣與測試室內壁多次反射試樣吸收的能量。
[0027]在測試過程中，測試室內維持高真空，且測試室內表面積遠大于試樣表面積，因而，Qg與A可以忽略不計；由于采用的加熱絲及引線直徑都較細，故可忽略引線的熱損Qw。即公式(I)等價為
【權利要求】
1.一種穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:包括真空室、試樣加熱組件、抽真空裝置、恒溫冷卻裝置以及數據測量與處理裝置； 所述真空室包括真空罩以及固設在真空罩內壁上呈半包圍狀的熱沉；所述熱沉朝內的一面構成真空測試空間，朝外的一面與真空罩的內壁之間留有一條冷卻介質通道；所述冷卻介質通道內設有一冷卻介質入口與冷卻介質出口 ； 所述試樣加熱組件設置在真空室的真空測試空間內對試樣進行加熱，包括主加熱器；所述主加熱器與一標準電阻以及直流電源構成串聯回路； 所述抽真空裝置通過管道與該真空室的真空測試空間連通； 所述恒溫冷卻裝置通分別過管道與冷卻介質通道的冷卻介質入口和冷卻介質出口連通； 所述數據測量與處理裝置采集試樣溫度、熱沉溫度、真空室內真空度以及主加熱器的功率；當數據測量與處理裝置檢測到真空室內的壓力達到1.0X10_3Pa以下，且試樣溫度達到所設定的溫度時，該數據測量與處理裝置根據試樣溫度、熱沉溫度、主加熱器的功率以及試樣的輻射表面積計算出試樣的半球發射率。
2.根據權利要求1所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:所述數據測量與處理裝置包括第一溫測單元、第二溫測單元、第三溫測單元、第四溫測單元、第一電壓計、第二電壓計以及處理單元；所述第一溫測單元設置在試樣上，測量試樣溫度；第二溫測單元設置在熱沉上 ；所述第三溫測單元設置在冷卻介質入口處；所述第四溫測單元設置在冷卻介質出口處；所述第一電壓計與該主加熱器并聯，測量主加熱器的電壓；所述第二電壓計并聯在該標準電阻上，測量標準電阻的電壓；所述處理單元根據第一電壓計與第二電壓計的數值以及標準電阻的阻值計算主加熱器的功率。
3.根據權利要求2所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:所述抽真空裝置包括油擴散泵、儲氣罐以及機械泵；真空室、油擴散泵、儲氣罐以及機械泵依次通過管道連通；該真空室與該油擴散泵之間的管道上設有高真空閥。
4.根據權利要求3所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:所述抽真空裝置還包括一個三通閥；該三通閥包括一個主端口與兩個選擇端口 ；該主端口通過管道與該機械泵連通；其中一選擇端口通過管道與該儲氣罐連通，另一個選擇端口通過管道與該真空室直接連通；該數據測量與處理裝置還包括高真空計、第一低真空計和第二低真空計；所述高真空計設置在高真空閥與油擴散泵之間的管道上；所述第一低真空計設置在三通閥與機械泵之間的管道上；所述第二低真空計設置在三通閥與真空室之間的管道上。
5.根據權利要求4所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:該試樣加熱組件包括主加熱器和輔助加熱器；該輔助加熱器呈半包圍狀，該主加熱器設置在該輔助加熱器的半包圍空間內。
6.根據權利要求5所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:該試樣加熱組件還包括一均熱板，該均熱板設置在該主加熱器上。
7.根據權利要求6所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:還包括與真空罩固定連接的升降銷軸，該升降銷軸配有動力單元以及與該動力單元電連接的控制按鈕，該動力單元驅動該升降銷軸上下移動。
8.根據權利要求7所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:所述恒溫冷卻裝置為循環冷卻水裝置或液氮罐。
9.根據權利要求8所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:所述熱沉的朝向真空測試空間的一面涂覆有無光黑漆。
10.根據權利要求9所述的穩態量熱計法半球發射率測試儀，其特征在于:所述測試儀還包括測試主機；該測試主機包括顯示屏、真空壓力表、溫度顯示儀以及控制面板；該真空壓力表顯示第一低真空計、第二低真空計以及高真空計所測得的數值；所述溫度顯示儀顯示第一溫測單元、第二溫測單元、第三溫測單元與第四溫測單元的所測得的數值；所述控制面板上設有多 個控制按鈕。
【文檔編號】G01N25/20GK103969291SQ201410155908
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】楊麟, 曾鳴, 何勃, 杜玉輝, 趙軍明, 候志全 申請人:廣州特種承壓設備檢測研究院