一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置及其测量方法，属于固体材料高温发射率测量技术领域，其中，该装置包括：电加热组件、传热板、待测样片A、待测样片B、样片盖、隔热支撑件、铝制外壳、水冷管道、热电偶和温控箱，电加热组件嵌入在传热板内；待测样片A和待测样片B分别放置在传热板两侧的槽中；样片盖覆盖在待测样片A和待测样片B上；隔热支撑件填充在传热板与铝制外壳之间；水冷管道设置在铝制外壳前后表面；热电偶设置在待测样片A表面中心处，电加热组件和热电偶均与温控箱相连，构成温度反馈调节回路。该装置能够消除热电偶测点和发射率测点间存在的差异，无需真空恒温环境或腔体即可达到很好的测温及控温效果。控温效果。控温效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置及其测量方法


[0001]本专利技术涉及固体材料高温发射率测量
，特别涉及一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置及测量方法。

技术介绍

[0002]发射率是描述材料热辐射特性的重要参数，在工业生产中各个工程技术以及高科技领域中都有重要应用，航天航空领域中通过调控发射率对航天器、飞行器进行热控；国防军事领域中通过调控发射率减弱目标辐射特性实现红外伪装和隐身；工农业生产中材料烘干、太阳能高效利用过程中提高发射率能有效降低功耗实现节能减排。
[0003]现有的测量高温发射率时样片电加热主要采用两种方案，第一种是通过样片与黑体一体式加热的结构，如申请号CN202211088366.X的一种高温材料发射率测试用样品加热炉，该加热炉由石墨加热板、水冷电极、石墨坩埚、高速线性执行器和石墨管组成，为防止石墨高温氧化，石墨管进行抽真空及充氩气处理，并安装窗片，石墨管中央装夹石墨加热板，把石墨管分成两个对称的涂黑腔体，两侧腔体温度相同，一侧用于温度控制，另一侧作为样品加热腔，但当样片放入后会破坏加热炉中的对称结构，两侧石墨管腔体温度不再相同，使得温度测量和控制精度下降；第二种是黑体与样片分体式加热的结构，如“Wang L P,Basu S,Zhang Z M.Direct Measurement of Thermal Emission From a Fabry
–
Perot Cavity Resonator[J].Journal of Heat Transfer
‑
Transactions of the ASME,2012,134:072701.”、“Guo YM,Pang S J,Luo Z J,et al.Measurement of Directional Spectral Emissivity at High Temperatures[J].International Journal of Thermophysics,2018,40(1):10.”、“Adibekyan A,Monte C,Kehrt M,et al.Emissivity Measurement Under Vacuum from 4μm to 100μm and from
‑
40℃to 450℃at PTB[J].International Journal of Thermophysics,2014,36(2
‑
3):283
‑
289.”和申请号为CN201710887647.4的固体材料高温方向光谱发射率测量装置及其应用，均采用基于傅立叶变换光谱仪的高温发射率测量方法，通过比较同温度的样片和黑体的辐射能量获得高温发射率，其加热器均采用点加热的方式，电加热元件布置在样片后方，热量通过热传导的方式传递给样片使其升温，为避免测量视场的遮挡，热电偶温度测量布置在样品边缘处，但该种方式样片边缘与中心处的温度存在一定的差异，进而存在加热过程中样片温度不均匀的问题。也就是说，现有测量装置存在着非真空环境下加热过程中样片温度不均匀的问题；高温发射率测量方法为避免遮挡发射率测点的热辐射视场，热电偶不能直接布置在发射率测点上，而非真空环境下样片内部存在温度梯度，热电偶测点与发射率测点温度不一致，而黑体的辐射力随热力学温度呈四次方关系(即斯忒藩玻尔兹曼定律)，如下：
[0004]E
b
＝T4[0005]式中，E
b
为黑体辐射力，单位W/m2，σ为黑体辐射常数，5.67
×
10
‑8W/(m2·
K4)，T为黑体热力学温度，单位K，斯忒藩玻尔兹曼定律是辐射工程计算基础，该定律表明，随着温度的
上升辐射力急剧增加，当温度偏差1％时，样片发出的全光谱辐射力会偏差约即温度不准确会造成测量得到的发射率存在严重的误差。
[0006]因此，亟待一种解决非真空环境固体材料高温发射率测量过程中样片温度难以提高的加热装置或者测量方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置及其测量方法，以用于解决非真空环境固体材料高温发射率测量过程中样片温度难以提高，待测样片发射率测点温度难以测量的问题。
[0008]本专利技术一方面实施例提供一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，包括：电加热组件、传热板、待测样片A、待测样片B、样片盖、隔热支撑件、铝制外壳、水冷管道、热电偶和温控箱，其中，所述电加热组件嵌入在所述传热板内，且关于中心截面对称；所述待测样片A和所述待测样片B分别放置在所述传热板两侧的槽中；所述样片盖覆盖在所述待测样片A和所述待测样片B上；所述隔热支撑件填充在所述传热板与所述铝制外壳之间；所述水冷管道设置在所述铝制外壳前后表面；所述热电偶设置在所述待测样片A表面中心处，所述电加热组件和所述热电偶均与所述温控箱相连，构成温度反馈调节回路。
[0009]本专利技术另一方面实施例提供一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置的测量方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1，将所述待测样片A和所述待测样片B放置在所述传热板两侧的槽中，并利用所述多个固定螺丝分别固定所述待测样片A和所述待测样片B；
[0011]步骤S2，在所述所述待测样片A的中心安装所述热电偶的测点，在所述所述待测样片B的中心对准高温发射率测量光路；
[0012]步骤S3，开启所述温控箱设置待测温度，并向所述水冷管道中通入恒定温度和流量的冷却水，启动所述电加热组件进行加热；
[0013]步骤S4，等待所述温控箱上显示温度达到所述待测温度并稳定后，分别采集所述待测样片A和所述待测样片B未被所述热电偶遮挡一侧的热辐射信号，并将其与同温度黑体辐射信号进行对比，得到所述待测样片A和所述待测样片B的高温发射率。
[0014]本专利技术又一方面实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述实施例所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置的测量方法。
[0015]本专利技术还一方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置的测量方法。
[0016]本专利技术的技术方案，至少实现了如下有益的技术效果：
[0017]通过对称式的结构设计，采用两个样片进行测温及控温，能够消除热电偶测点和发射率测点间存在的差异，无需真空恒温环境或腔体即可达到很好的测温及控温效果，进而实现高温发射率的准确测量；
[0018]通过在外壳前后表面的通冷却水冷却，有效地抑制了噪声辐射的产生，能够提高
高温发射率的测量精度；
[0019]通过低成本的嵌入式的电加热形式，提高了使用寿命和非真空环境下小体积加热器的加热温度；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，其特征在于，包括：电加热组件、传热板、待测样片A、待测样片B、样片盖、隔热支撑件、铝制外壳、水冷管道、热电偶和温控箱，其中，所述电加热组件嵌入在所述传热板内，且关于中心截面对称；所述待测样片A和所述待测样片B分别放置在所述传热板两侧的槽中；所述样片盖覆盖在所述待测样片A和所述待测样片B上；所述隔热支撑件填充在所述传热板与所述铝制外壳之间；所述水冷管道设置在所述铝制外壳前后表面；所述热电偶设置在所述待测样片A表面中心处，所述电加热组件和所述热电偶均与所述温控箱相连，构成温度反馈调节回路。2.根据权利要求1所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，其特征在于，所述待测样片A和所述待测样片B采用同种材料和相同尺寸，且表面状态也相同。3.根据权利要求1所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，其特征在于，所述样片盖与所述传热板之间通过多个固定螺丝连接。4.根据权利要求3所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，其特征在于，每个固定螺丝被施加相同的拧紧力矩。5.根据权利要求1所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，其特征在于，所述水冷管道通冷却水，且两侧冷却水温度和流量相同。6.根据权利要求1所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热装置，其特征在于，所述温控箱采用PID温控表，其负载的输出端与所述电加热组件相连，其信号的读取端与所述热电偶相连。7.根据权利要求1所述的用于固体材料高温发射率测量的样片加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭延铭，帅永，朱良伟，董士奎，穆磊，张生俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：