[发明专利]一种基于涡流加热的黑体面型温度源及使用方法

说明书

本发明公开一种基于涡流加热的黑体面型温度源及使用方法，温度源包括隔热陶瓷筒，其内腔设有钨铜合金块，钨铜合金块上表面设有黑体辐射源，钨铜合金块和黑体辐射源形成的整体结构与隔热陶瓷筒的内壁之间具有气隙，隔热陶瓷的外周套设有感应线圈；热电偶温度传感器的热端埋设在黑体辐射源中；陶瓷管穿过隔热陶瓷筒的底部，上端与钨铜合金块与隔热陶瓷筒之间形成的气隙联通；温度源控制系统包括相互连接的冷却送风系统和加热控制系统，陶瓷管的下端与冷却送风系统连接，感应线圈和热电偶温度传感器均与加热控制系统连接。本发明能够实现低、中和三个温度层次，有效辐射面积较大、温度稳定性高以及温度均匀性好。

技术领域

本发明涉及仪器科学与技术、控制系统、材料科学、热学、电力领域，特别涉及大范围温度可调的温度源领域，具体是一种基于涡流加热的黑体面型温度源及使用方法。

背景技术

温度的测量方法大致可分为两种：接触法和非接触法。在接触测温法中，热电偶和热电阻温度计应用最为广泛，该方法的优点是设备和操作简单，测得的是物体的真实温度等，其缺点是动态特性差，由于要接触被测物体，故对被测物体的温度分布有影响，受耐高温材料限制不能测量很高的温度。目前非接触测温法仍以辐射测温法为主，在过去相当长的时间里，辐射测温法的可靠性和抗干扰性都不太高，且测量范围往往仅限于较高温度(600～1000℃)。随着电子技术和半导体材料的飞快发展，尤其是InGaAs技术的快速发展，又由于辐射温度计具有无测量上限，响应速度快及不接触被测对象，具有不影响被测温场等特点，因而辐射测温技术得到长足的进步和发展。

目前最常用的辐射式测温方法仍然是黑体辐射法，黑体辐射法就是通过黑体辐射源向需要温度标定的设备提供稳定的温度。黑体作为一种标准辐射源，能够产生一定温度下的标准辐射，是标定过程中的关键设备，因此对黑体辐射源的研究至关重要。黑体在现实中是不存在的，它是人们在叙述真实表面的辐射特性时，作为参照标准而引入的一种理想表面，黑体具有诸多优越的性质，比如说，能够吸收任意方向，任意角度入射的所有投射辐射能量，在确定的温度T和波长λ下，不存在比黑体发射更多能量的表面等。黑体作为温度标定的关键设备，虽然不能制造出理想黑体，但根据基尔霍夫在1980年提出的理想黑体理论：从密闭等温腔体内的任意面元上发出的辐射是等温腔体温度下的黑体辐射，人们可以通过基尔霍夫这一理想黑体物理模型来研制人工黑体，即在密闭等温腔体上开一个小孔，从小孔中发出的辐射近似为黑体辐射，开孔腔体即为空腔式黑体辐射源。

黑体辐射源的研究工作主要包括三个方面：黑体辐射源空腔有效发射率的计算及空腔结构设计；黑体辐射源整体热设计，包括材料选取，温度均匀性的实现及温度稳定性控制；黑体辐射源发射率验证。而随着电子技术和半导体材料的飞快发展，以及市场的实际需求，人工黑体技术发展很快，人们已经可以制造出提供不同温度范围的黑体，比如可提供温度范围为80～150℃的低温黑体、可提供温度范围为150～1200℃的中温黑体以及可提供温度范围为1200～3000℃的高温黑体。但是目前市场上并没有一种黑体辐射源其提供的温度范围覆盖低、中、高三个温度范围，而且黑体辐射源一般比较笨重，往往重量达到数百公斤，难以携带，而且升温、降温速度慢等缺点。对于许多应用，需要携带温度源到工作现场进行温度比对，如此庞大、笨重的设备，其搬运工作显然是不利于工作的开展的。若能开发一种重量轻、体积小、一个人即可搬运，温度范围大，可以覆盖高、中、低三个温度范围的温度源，则对温度的非接触测量，具有非常重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种一种基于涡流加热的黑体面型温度源及使用方法，该温度源的形式为小型化的面源或近面源(浅腔体大开口)黑体温度源，温度范围覆盖低、中和三个温度层次，并且在保证黑体有效辐射面积较大、温度稳定性高以及温度均匀性好的情况下，能够提供稳定的温度输出，同时具备现场环境使用要求的防水抗震和抗热辐射能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：