[发明专利]基于有效辐射的材料高温光谱发射率测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及材料的热物性参数测试技术领域，尤其涉及一种基于有效辐射的材料高温光谱发射率测试系统。

背景技术

光谱发射率是材料的重要热物性参数之一，表征了材料表面的光谱辐射能力，是辐射测温与辐射热传递分析的重要基础物性数据。例如，在航空航天、石油化工、冶金、钢铁、水泥、玻璃能源动力等工业领域，辐射测温是解决生产环节中的高温温度诊断的有效手段，然而高温光谱发射率的未知性是辐射温度准确测量的主要障碍。光谱发射率与材料的组分、温度、波长、表面状态等诸多因素复杂相关，已有文献中的相关物性数据并不能完全满足应用需求，因此，对特定的高温光谱发射率进行准确测量是非常必要的。

目前，国内外从事热测量科学的学者对材料光谱发射率的相关测量方法和技术开展了许多研究工作。

采用傅里叶光谱法进行发射率测量的研究工作较为典型，例如：1992年，德国Lindermeir等人利用傅里叶光谱仪设计了一套能够同时测量物体发射率和温度（500K以下）的装置，波长范围1.3～5.4μm；2003年，日本Yajima等人采用分离黑体法建立一套高温下可同时测量全光谱发射率和光学常数的测试系统，波长范围2～10μm，温度范围900～1400K；2007年，戴景民等采用傅里叶光谱仪研制了材料光谱发射率测量装置，波长范围0.66～25μm，温度范围100～1500℃。但是采用傅里叶光谱法进行光谱发射率测量由于需要参考黑体源和精确知晓材料温度，因而存在着测试难度较大，精度较低等缺陷。

基于反射器的材料在线发射率测量研究工作也被广泛报道，这种光谱发射率的测试方式是通过样品上方的反射器获得经过多次反射叠加的样品表面有效辐射，从而进行样品表面发射率的计算，其具有较好的测试应用性。但现有的基于反射器的材料在线发射率测量技术，仍存在样品温度测量上限较低、测试样品在实验过程中易氧化等缺点。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种基于有效辐射的材料高温光谱发射率测试系统。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是解决现有光谱发射率测试技术中存在的测试难度大、精度低以及测试样品易氧化的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于有效辐射的材料高温光谱发射率测试系统，其包括水冷真空室、真空辐射加热单元、有效辐射腔体以及辐射测量与标定单元，所述真空辐射加热单元固定设置在所述水冷真空室内，所述有效辐射腔体可移动地设置在所述真空辐射加热单元的一侧，测试样品设置在所述真空辐射加热单元和所述有效辐射腔体之间，所述有效辐射腔体靠近测试样品的一端设有大开口，所述有效辐射腔体远离测试样品的一端设有小开口，所述水冷真空室靠近所述小开口的一端设置有光学窗口且辐射测量时所述小开口和所述光学窗口相对，所述辐射测量与标定单元设置在所述水冷真空室的外侧通过所述光学窗口进行辐射测量和数据处理。

其中，所述水冷真空室的内壁具有冷却水夹层。

其中，所述水冷真空室的内壁上和所述有效辐射腔体的外壁具有吸收率涂层。

其中，所述有效辐射腔体内壁上具有反射涂层。

其中，所述有效辐射腔体的外壁上设置有冷却水盘管。

其中，所述真空辐射加热单元包括钨板和设置在所述钨板两端的大电流水冷电极。

其中，所述钨板上开设有槽或孔。

其中，所述大开口和所述小开口为圆形，所述大开口和所述小开口的直径比大于3:1。

其中，所述有效辐射腔体通过设置在所述水冷真空室内的电动平移滑台在三维方向上移动。

其中，所述辐射测量与标定单元包括可见-近红外光谱仪和数据处理模块，所述数据处理模块与所述可见-近红外光谱仪连接，用于样品表面辐射的测量以及样品发射率的标定计算。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明通过水冷真空室、真空辐射加热单元、有效辐射腔体和辐射测量与标定单元相结合进行材料光谱发射率的测试，在测试过程中无需参考黑体源，无需预先精确知晓材料温度，降低了测试难度，提高了测试精度，通过将测试样品放置于真空水冷室内避免了测试样品的高温氧化问题；采用薄钨板作为辐射加热元件，通过开孔或槽手段减小加热区横截面积，显著提高钨板加热区温度，以实现最高温度2000℃的高温样品加热。

附图说明

图1是本发明实施例材料高温光谱发射率测试系统的剖面图；

图2是本发明实施例中钨板的示意图。