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氨/不锈钢热管式标准黑体辐射源

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  随着科学技术的进步,原来广泛应用于高温领域的辐射测温法正逐步向常温甚至低温应用领域发展;另外,随着辐射温度计和红外热象仪等测温仪表的广泛应用,低温标准辐射源的重要性也日益明显。国内外对于低温黑体辐射源的研制已做了不少工作〔1~3〕。由于在室温以下的低温段存在致冷、控温、防霜、防露、防雾等问题,所以低温黑体系统一般都很复杂,例如,采用二级半导体致冷、抽真空防霜等措施,以致极大地提高了系统的造价,并且影响了应用的推广。低温黑体的均温方法主要有3种:液体均温方法、多区电阻加热方法和热管均温方法,其中热管式黑体源以其高效传热特性、小热惯性、无污染、无噪声、控温简单方便、工作可靠等优点,得到人们的重视。

  中国计量科学研究院自80年代初起,一直致力于将热管应用于标准黑体辐射源的研究工作,开发了一系列低造价、高精度、性能可靠、使用方便的标准低温黑体辐射源〔4〕。本文介绍中国计量科学研究院最新研制的一种热管式标准用低温黑体辐射源,其工作温度范围为-50~+50℃,黑体空腔长350mm,最大口径为60mm,采用液氮致冷、薄膜电阻加热控温、氨/不锈钢热管均温,空腔有效发射率计算值大于0·995〔5〕,控温稳定性优于±0·04℃/30min,在-30~+50℃内,空腔200mm均温段的温度均匀性优于0·06℃。

  2 黑体系统设计

  考虑到标定热象仪及红外测温仪表的需要,我们选择了最大口径为60mm的圆锥-圆柱空腔,这种腔形易于均温,通过增加长径比可得到足够高的有效发射率。空腔壁材选用不锈钢(1Cr18Ni9Ti),表面经高温氧化处理,其固有发射率可达0·80~0·85。采用氨/不锈钢热管均温,空腔作为热管的内筒,热管结构见下文。控温方案采用液氮连续排放提供低温环境,然后用薄膜加热器、精密铂电阻、双向可控硅配合SR63PID控温仪控温。

  2·1 实验系统

  整个实验系统分为4部分:(1)热管黑体本体;(2)致冷防霜系统;(3)控温系统;(4)测温系统。实验布置方框图。见图1。

  2·2 热管结构

  热管被设计成一种一端封闭的环筒形,内筒即为空腔壁,外筒外壁下表面贴有一层薄膜加热器,上表面焊有两只U形铜管,内外筒之间铺有吸液芯,并充有足够量的氨工质。吸液芯和管材都选用不锈钢,因氨与不锈钢有很好的相容性,可长期稳定地工作于-50~+50℃温度范围。吸液芯采用双层300目的不锈钢网芯,铺设在内外壳及测管上。另外,在内外壳之间还铺设了多层网叠合的辐板“过桥”,以增加液相工质回路。吸液芯网点焊在管壁上,网芯紧贴管壁,以减小网芯厚度不均匀带来的径向热阻变化。热管结构如图2所示。

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