[发明专利]一种用于高温材料辐射特性的测量系统

说明书

本发明公开了一种用于高温材料辐射特性的测量系统，包含遮光箱、加热模块和吸收率测量模块；加热模块包含加热座、台架、二氧化碳激光器、反射镜、聚光镜和水冷机；吸收率测量模块包含氙灯、聚光镜、积分球、双色红外测温仪、石英光纤、光纤光谱仪和计算单元。本发明还能够采用另一种方案，包含遮光箱、氮气气瓶、气氛室、加热模块和发射率测量模块；遮光箱、加热模块和上一种相同，发射率测量模块包含双色红外测温仪、黑体炉、旋转镜架、准直镜、傅里叶红外光谱仪和计算单元。本发明通过对激光功率的调控，可以使试样达到不同温度，能够测试高温下材料对太阳辐射和中红外波长范围内的吸收率。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种用于高温材料辐射特性的测量系统。

背景技术

太阳能热发电是太阳能热利用的主要方式。太阳能通过集热器转化为工作介质的热能，驱动热循环发电，实现太阳能的转换过程。太阳能集热器是太阳能热发电系统中非常重要的部件，它不仅将太阳的辐射能转化为热能，而且对发电系统和蓄热系统的性能有很大的影响。太阳能集热器主要包括液体集热器、气体热集热器和固体颗粒集热器，其中固体颗粒集热器的出口温度可达到1000℃以上，热效率高，在超临界CO₂热力循环中具有广阔的应用前景。由于固体颗粒直接吸收太阳能，因此颗粒对太阳能吸收的能力和颗粒对外辐射的能力都直接影响颗粒吸热器的性能。目前测试物体对太阳能的吸收率和红外发射率，大多通过紫外-可见-近红外分光光度计和傅里叶红外光谱仪测出物体的透射率和反射率，从而计算出吸收率和发射率。颗粒吸收太阳能后温度升高，因此需要测试颗粒在高温下的吸收率和发射率评估固体颗粒吸热器的性能。

测量材料吸收率的方法主要有能量法和反射法。反射法就是通过积分球测试出材料的反射率和透射率，根据能量守恒得出吸收率。能量法是根据发射率定义，在相同的温度和工况下，通过傅里叶红外光谱仪测量材料和黑体的辐射力，计算得出发射率，根据基尔霍夫定律得出吸收率。上述两种方法各有特点：反射法理论上可以对任何温度下的材料进行测量，但是需要对积分球做相应改造，实验难度较大。利用能量法测试实验系统结构简单，原理明了，但是材料的辐射力分布需在测试范围之内，否则光谱仪无法探测到相应的能量信号。高温材料光谱辐射特性测量的要点和难点在于：

（1）测量方法：系统需要测试0-1000℃以内任何不同温度的辐射特性，难以用能量法测量太阳辐射波段内的吸收率，因此需要通过积分球间接测量出材料在紫外可见近红外的吸收率，而中红外波段的发射率则通过能量法进行。

（2）加热方式：材料主要为颗粒。材料体积小，加热的温度高，同时在加热时需避免环境温升所带来的干扰。因此需要对材料进行精准的加热，并且降低环境温升。

（3）测温方式：测试材料主要是颗粒，直径一般为0-10mm,而且表面为球面，热电偶等接触式测量方法难以实施。

（4）减少背景干扰：紫外可见波段测试受环境中的可见光影响大，而中红外波段的测试受水汽和二氧化碳的影响较大，需要通过遮光箱和惰性气氛减少环境带来的背景干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种用于高温材料辐射特性的测量系统，以实现材料在不同温度下对太阳波段吸收率和中红外波段发射率的测量。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于高温材料辐射特性的测量系统，包含遮光箱、加热模块和吸收率测量模块；

所述遮光箱用于屏蔽外界光源，使得其内处于无光状态；

所述加热模块包含加热座、台架、二氧化碳激光器、反射镜、聚光镜和水冷机，其中，加热座、台架、二氧化碳激光器、反射镜、聚光镜均设置在遮光箱内，水冷机置于遮光箱外；