[发明专利]双球腔实用标准黑体

说明书

本发明属于一种用于光谱仪的标准红外辐射源。

在红外系统的设计和辐射测量方面，往往需要了解辐射源的特性，而评价辐射源的特性要以一些可测量的参数作为比较标准。测量这些参数的设备要用“黑体”作为标准辐射源来进行校准和标定。所谓黑体，就是能最大限度地把热能转换为辐射能的理想热辐射体，其辐射率ε₀＝1。而实用黑体则是可用于实际使用、辐射率ε₀非常接近于1的热辐射体。由于使用目的和精度要求不同，实用黑体有各种不同的形状。与本发明最相接近的黑体是圆球腔黑体。对比文献见日本发明专利申请“放射温度计校正用黑体炉”（申请号JP50-58514，公开日1976年11月22日，文献号JP51-134675）。

通常的圆球腔黑体主要结构如图1所示。图1是圆球腔黑体结构示意图，图1中，1为腔体、2为外罩、3为熔质、4为电阻丝、5为腔口。

腔体1一般用铜、不锈钢或镍、钼等材料制作，整体为圆球形，内有空腔，内腔壁或打毛使之能进行漫反射，或制成镜面使之全反射。外罩2用耐热绝缘材料制成，与腔体1构成同心圆球，外罩2的外表面缠绕电阻丝4，为黑体加热，电阻丝4与外罩2之间要电绝缘、外罩2的内表面与腔体1外表面构成密封空间，其内充有熔质3，熔质3根据不同的温度标准而选择不同的金属，利用金属熔化时，金属熔溶温度不变，保证腔体温度均匀，目前已知的有用高纯度的金、银等金属作熔质3。腔口5为热辐射的出射口，其开口直径应小于圆球腔直径的1/6以下。开口越小该黑体的黑度越高。但是，开口太小辐射能量又太低不能满足探测要求，一般选1/6～1/10为适中，这种黑体优点在于ε₀大，辐射面能量均匀。但是，在保证ε₀情况下，其黑体腔有体积大、电阻丝不易缠绕、成本高等缺点、实用性差。

目前，高分子材料的高速发展，要求对高分子产品（如石化产品）的结构进行红外光谱的测试分析，为了使测试光谱准确度提高，要求有一种500K左右的中温标准实用黑体作基准。因而，这种黑体在能量满足前提下，黑体体积要尽可能的小，才能满足光谱仪的使用要求。

为此，发明人设计了一种新型黑体，具有体积小，能量辐射均匀、辐射率ε₀高，并且易于缠绕电阻丝等特点，达到标准实用的目的。

本发明的双球腔标准实用黑体，腔体为两空心球相交的形状，即两个积分球串接而成的腔体。两球腔在相交处构成的通道称之为腔孔，腔孔使两球腔相通。沿连接两球球心的直径-双球腔轴线与腔体交汇点开有圆形腔口，作为热辐射窗口。在腔体的外面同轴的包有圆柱形外罩，外罩两端面开有圆口，一面圆口跟腔口相对，另一面圆口供放置测温用的传感元件-铂电阻。在腔体与外罩之间被密封的空间里装有熔质，熔质为99.99%纯锡，在外罩的外侧面，套有熔铸云母骨架，以便缠绕加热用电阻丝，在外罩的端面用制成圆环状的熔铸云母片做缠绕电阻丝的骨架，使加热均匀，由于熔铸云母可以机械加工，使之体积做得很小，同时可以节省加热的电功率。加热电阻丝外有保温层，再外侧缠绕冷却水管，使黑体表面与环境温度相近。在腔口处设有通冷却水的光栏口，使辐射能量在单位面积上趋于准确。

具体结构可参见图2。图2是双球腔标准实用黑体的剖面图。图2中，1为腔体、2为外罩、3为熔质、4为电阻丝、5为腔口、6为精度铂电阻、7为腔孔、8为熔铸云母骨架、9为保温层、10为光栏口、11为冷却水管、12为出水口、13为引线插座，14为接线柱。