等温黑体空腔积分发射率响应面法研究

高性能黑体辐射源是高精度复现辐射温度的关键装置。采用有限体积法模拟计算了黑体空腔积分发射率,其结果与Monte-Carlo法计算结果吻合良好,且在高发射率时较Monte-Carlo法能更准确地模拟空腔积分发射率的变化趋势。基于响应面试验设计,模拟了圆锥-圆柱黑体空腔长径比L/D、光阑开孔直径比Da/D、圆锥顶角θ和腔壁材料发射率ε及其交互作用对空腔积分发射率εe的影响。结果表明:Da/D和ε对εe影响显著;L/D和θ对εe的影响不显著。研究结果可为高性能黑体辐射源的研制和研究提供借鉴。     

黑体空腔辐射理论和设计

评述了作为黑体空腔辐射理论一个重要组成部分的积分方程理论及其发展。提出了一种用于0~200℃温度范围的新型黑体空腔设计。该空腔具有夹层结构并与恒温槽的液体介质相连,使之在夹层内循环流动,因而处于良好的等温环境中。空腔内壁表面使用高辐射耐热涂层,具有良好的漫射性能。新设计的黑体空腔的有效发射率可以达到0.998。     

温度均匀黑体空腔有效发射率近似计算方法（黑体辐射源研究之一）

简要地介绍了国内外在黑体辐射源建立与评价上的发展现状；多种黑体辐射源；多种空腔有效发射率计算方法和模型。通过积分法推导出温度均匀空腔有效发射率计算公式，进一步推导的近似计算公式可以作为对黑体空腔有效发射率估算的依据。     

基于Monte-Carlo法的圆锥形黑体腔有效发射率的研究

应用Monte-Carlo法计算圆锥形黑体空腔的有效发射率,并与有限元方法进行了对比。分析了腔体的几何参数、材料发射率、探测器距腔口距离等因素对黑体腔有效发射率的影响。结果表明:两种分析方法得到的结果基本相同,即腔体长度与腔体半径比为6,开孔半径和腔体半径比为0.5,圆锥角度≥90°,材料发射率≥0.5,探测器到腔口距离达到腔体半径为15倍时,圆锥形黑体腔有效发射率较大。     

H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源的研制

对中国计量科学研究院研制的温度范围覆盖-93~220℃的H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源进行了介绍。采用圆柱圆锥黑体腔和双层4段PID控温,在真空低背景(液氮冷却)环境下对该黑体进行了性能测试,在大气室温环境下,利用控制环境辐射反射比发射率测量方法测量了黑体空腔发射率和利用红外标准辐射温度计测量空腔底部温度均匀性等指标。实验结果表明,该黑体辐射源升温速率为1℃/min下,控制到温度点的稳定时间优于50 min,并且10 min内的温度稳定性在0.01℃以内;黑体温度设置在20℃、30℃和50℃下空腔发射率的测量结果分别为0.9965、0.9966和0.9963;其黑体底部温度均匀性优于0.03℃;在整个温度区域内扩展不确定度优于0.1℃(k=2)。     

腔体发射率计算的ANSYS分析方法

本文阐述。TANSYS热分析的基本理论,以及怎样利用热分析模块进行腔体发射率的计算,通过对一个圆筒形黑体腔体建立有限元模型,求其腔体发射率并与公式计算相比对,表明。TANSYS仿真结果与公式计算结果具有较好的一致性,而且对于一些特殊腔体,用ANSYS建模的方法显得方便直观,提高了工作效率。     

常温黑体光谱发射率校准技术研究

为了能够实现常温状态下的黑体光谱发射率的准确测量,基于连续可调激光器,搭建了一套中红外波段黑体光谱发射率测量装置。采用自行设计10 mA恒流源对MCT探测器进行驱动,测量结果的动态范围从7.29×10⁴提高到4.32×10⁵,有效提升了探测系统的动态范围。该装置实现了覆盖光谱范围7.5～10.6μm,发射率测量量值范围0.01～0.999 9的高精度测量,最优不确定度为4.0×10^-5(k=2)。     

基于激光积分球反射计的集成黑体发射率测量研究

集成黑体发射率是评价其有效光谱辐射亮度不确定度的关键贡献项。建立了激光积分球反射计测量系统,对中国计量科学研究院制备的集成空腔的法向光谱发射率进行了实验研究和模拟验证。在633nm的波长下测量了集成黑体法向光谱发射率,测量结果的标准不确定度优于0.043%。结果表明:集成黑体辐射源在室温条件下的有效发射率高于0.998,与STEEP3蒙特卡罗模拟计算结果偏差在0.04%之内。实验结果与数值模拟的一致性在测量结果不确定度内吻合良好,验证了激光积分球发射计法用于评价集成黑体发射率的可行性。     

对黑体炉有效发射率值标定的探讨

目前在辐射温度计和热像仪温度的定标上,都缺乏对用于定标黑体的有效发射率的定标,而黑体炉在温度测量及量值传递中处于重要的地位.为了避免温度计量量值的混乱,克服由于没有统一方法及设备造成确定黑体炉有效发射率值不统一的问题,需要尽快明确黑体炉有效发射率定标的问题,以达到规范黑体炉有效发射率确定的目的,确保温度量值的准确可靠.     

低温标准黑体辐射源的性能研究

利用半导体制冷技术与热管技术,研制了低温达-30 ℃的新型低温黑体辐射源。通过实验得到其温度稳定性优于0.02 ℃/20min,均温区腔壁的轴向温度均匀性优于0.3 ℃,热管空腔有效发射率计算值大于0.999 2。利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法,计算得出该热管空腔发射率从中心到边缘位置的变化规律为逐渐减小的趋势,发射率的平均变化率仅为0.06‰,说明轴向温场均匀性对法向平均有效发射率的影响较小。     

黑体辐射源的多波长有效亮度温度校准和不同溯源方式特点分析

介绍了中国计量科学研究院建立的标准变温黑体辐射源和有效亮度温度比较装置;阐述了黑体辐射源多波长有效亮度温度校准的2种方法,给出典型校准结果并分析了辐射源特性。比较分析了3种溯源方式的性能特点及其应用的影响因素。提出控温复现性的概念,它是以往未被重视的辐射源关键性能参数。多波长有效亮度温度校准是可减小或消除有效发射率和接触测温测点温差影响的溯源方案,与传统溯源方式特性互补,可用于评价辐射源的有效发射率和测点温差,对控温复现性好的辐射源效果最优。     

固定发射率工作用辐射温度计校准方法研究

讨论分析了用于校准固定发射率工作用辐射温度计的原理。在校准中,应用辐射面源是必要的,其发射率应与温度计的固定发射率一致,以保证温度量值传递的准确性,并分析了由于两个发射率的不一致而带来的温度误差,给出了在不同温度下由发射率偏离而引起的温度误差计算式。在发射率为0.95、温度为700 K的情况下,最大误差可以达到15 K。如果实际测量对象的发射率与温度计的固定发射率相同,则可以直接测量出被测对象的真实温度。     

100～400K真空红外亮温标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的100~400K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100~400K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100~400K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0.120K,控温稳定性优于0.020K/20min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0.9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8~16 μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0.030K。