材料黑度系數(shù)

1、1材料的發(fā)射率測試方法材料的發(fā)射率測試方法研發(fā)部研發(fā)部2測試測試方法方法 3量熱法 量熱法的基本原理是：一個熱交換系統(tǒng)包含被測樣品和周圍相關(guān)物體，根據(jù)傳熱理論推導(dǎo)出系統(tǒng)有關(guān)材料發(fā)射率的傳熱方程，通過測量樣品某些點(diǎn)的溫度值得到系統(tǒng)的熱交換狀態(tài)，即能求得發(fā)射率。量熱法又分為穩(wěn)態(tài)量熱法和瞬態(tài)量熱法。其測量速度快，測量上限高達(dá)4000，能精確測量多項(xiàng)參數(shù)，但是被測物必須是導(dǎo)體限制了其應(yīng)用范圍。4反射率法反射率法基于的原理是對于不透明的樣品，反射率+吸收率=1，將已知強(qiáng)度的輻射能量投射到透射率為0的被測面上，根據(jù)能量守恒定律和基爾霍夫定律，通過反射計求得反射能量，得到樣品的反射率后即可換算成發(fā)射率。用于

2、測量光滑表面的發(fā)射率。5輻射能量法用同一探測器分別測量同一溫度下絕對黑體及樣品的輻射功率，兩者之比就是材料的發(fā)射率值。常常采用整體黑體法和轉(zhuǎn)換黑體法兩種能量法測量材料的發(fā)射率，即在試樣上鉆孔或加反射罩，使被測材料變?yōu)楹隗w或逼近黑體性能，從而進(jìn)行材料發(fā)射率的測量。6 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換黑體法黑體法7紅外傅里葉光譜法紅外傅里葉光譜儀主要由邁克爾遜干涉儀和計算機(jī)組成，其工作原理是光源發(fā)出的光經(jīng)邁克爾遜干涉儀調(diào)制后變成干涉光，再把照射樣品后的各種頻率光信號經(jīng)干涉作用調(diào)制為干涉圖函數(shù)，由計算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換，一次性得到樣品在寬波長范圍內(nèi)的光譜信息。最具有代表性的是半橢球反射鏡反射計系統(tǒng)，該系統(tǒng)由Markham等人

3、研制，曾獲1994年美國百項(xiàng)研發(fā)大獎。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。8紅外傅里葉光譜法系統(tǒng)可以同時測量材料的光譜發(fā)射率和溫度，溫度測量范圍為502000，典型測量精度為5；光譜測量范圍為0.820m，典型測試精度為3%。9發(fā)發(fā)射率射率測測量方法的量方法的優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)10本方案的基本原理考慮到紅外熱像儀和多光譜分析儀較貴，本方案計劃采用“雙罩法”測量。“雙罩法”的基本原理就是將待測樣品的輻射能量與處于相同溫度下黑體所輻射的能量相比，就得到待測樣品的發(fā)射率，本文中所述的發(fā)射率如無特別說明均指半球發(fā)射率。測量原理結(jié)構(gòu)如圖所示，雙罩即由半球吸收罩與半球反射罩組成，其中吸收罩內(nèi)表面為高吸收率材料，反射罩

4、內(nèi)表面為高反射率材料。11實(shí)際的反射罩反射率和吸收罩吸收率不可能為1，需要分析其誤差影響。這里引入有效發(fā)射率的概念, 可得半球罩結(jié)構(gòu)下被測表面的有效發(fā)射率eff公式式中: 為罩體吸收率; F1 和F2 分別為被圍表面與半球罩面積。本方案的基本原理12根據(jù)有效發(fā)射率的意義，對于敏感元件熱電堆，半球吸收罩輸出Va 與半球反射罩輸出Vr 為:在長期在線測量條件下, 吸收罩和反射罩的溫度升高, 其自身輻射能也將通過被測面反射后由小孔出射, 并且熱電堆輸出電壓隨傳感器冷端溫度升高而變化, 從而引起測量誤差, 通過分析建立誤差因素模型:本方案的基本原理13包括傳感器模塊、信號處理模塊和上位機(jī)測量顯示模塊。

5、傳感器模塊包括2個半球罩及熱電堆傳感器、4 路PT100 熱電阻測量補(bǔ)償溫度和一路PT100測量被測面溫度Ts， 通過測量表面溫度得到發(fā)射率與溫度的對應(yīng)關(guān)系；信號處理模塊為溫度測量部分提供電流驅(qū)動，并且采集7路信號進(jìn)行A /D轉(zhuǎn)換后通MODBUS協(xié)議將數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸給上位機(jī)；上位機(jī)接收數(shù)據(jù)后通過補(bǔ)償模型計算出發(fā)射率值, 并實(shí)時繪制被測面發(fā)射率隨溫度的變化曲線。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)14系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)15其中左邊的半球罩為測量自由輻射狀態(tài)的內(nèi)表面涂黑漆的全吸收半球反射器，右邊的半球罩為內(nèi)表面鍍金的全發(fā)射半球鏡反射器，通過電壓信號調(diào)理電路比較兩種狀態(tài)下小孔中輻射出去的輻射功率，并需按照一定的補(bǔ)償算法，依據(jù)溫

6、度信號調(diào)理電路中采集的各溫度對電壓信號進(jìn)行一定的修正以后，即可得到被測材料表面的輻射率。16硬件電路模塊化結(jié)構(gòu)17需要采集的 7 組數(shù)據(jù)包括：全吸收半球反射器：熱電堆探頭輸出電壓信號V a、反射器自身溫度Va 、熱電堆探頭冷端 PT100 測溫信號Tpa；全反射半球反射器：熱電堆探頭輸出電壓信號Vr 、反射器自身溫度Tr、熱電堆探頭冷端 PT100 測溫信號Tpr，以及測表面溫度的 PT100測溫信號Ts 。電路結(jié)構(gòu)的采集數(shù)據(jù)18RS- 485通信電路信號處理模塊與上位機(jī)使用RS - 485協(xié)議進(jìn)行長距離通信, 由于電路所處的環(huán)境為強(qiáng)電磁干擾, 因此為了增強(qiáng)抗干擾能力提高可靠性, 采用基于iCoup ler磁耦隔離技術(shù)的隔離RS- 485收發(fā)器ADM 2483。19紅外熱像儀校準(zhǔn)發(fā)射率 通過紅外熱像儀得到被測面的溫度場圖像分布，通過溫度場圖像根據(jù)熱像儀的圖像處理軟件分析可以得到熱像儀吸收的測量波長范圍內(nèi)的紅外能量，在需要測量發(fā)射率