雙球腔實用標準黑體制造技術

一種用于光譜儀的雙球腔標準實用黑體，腔體為雙球串接形狀，兩球腔相交處開有腔孔使兩腔相通，在兩球心連線上的腔體上開有腔口作為熱輻射輸出窗口，在腔體外同軸線地裝在圓柱形的外罩，腔口與外罩間密封的空間充有熔質錫，外罩外側通過熔鑄云母骨架纏繞電阻絲。本發明專利技術具有輻射率高、黑度均勻、結構緊湊、體積小、絕緣性能好，易于制作和成本低等優點，是科研、計量部門進行物質結構分析、標定各種低溫輻射源的理想的適于實用的標準黑體。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于一種用于光譜儀的標準紅外輻射源。在紅外系統的設計和輻射測量方面，往往需要了解輻射源的特性，而評價輻射源的特性要以一些可測量的參數作為比較標準。測量這些參數的設備要用“黑體”作為標準輻射源來進行校準和標定的。所謂黑體，就是能最大限度地把熱能轉換為輻射能的理想熱輻射體，其輻射率ε0＝1。而實用黑體則是可用于實際使用、輻射率ε0非常接近于1的熱輻射體。由于使用目的和精度要求不同，實用黑體有各種不同的形狀。與本專利技術最相接近的黑體是圓球腔黑體。對比文獻見日本專利技術專利申請“放射溫度計校正用黑體爐”(申請號JP50-58514，公開日1976年11月22日，文獻號JP51-134675)。通常的圓球腔黑體主要結構如附圖說明圖1所示。圖1是圓球腔黑體結構示意圖，圖1中，1為腔體、2為外罩、3為熔質、4為電阻絲、5為腔口。腔體1一般用銅、不銹鋼或鎳、鉬等材料制作，整體為圓球形，內有空腔，內腔壁或打毛使之能進行漫反射，或制成鏡面使之全反射。外罩2用耐熱絕緣材料制成，與腔體1構成同心圓球，外罩2的外表面纏繞電阻絲4，為黑體加熱，電阻絲4與外罩2之間要電絕緣、外罩2的內表面與腔體1外表面構成密封空間，其內充有熔質3，熔質3根據不同的溫度標準而選擇不同的金屬，利用金屬熔化時，金屬熔溶溫度不變，保證腔體溫度均勻，目前已知的有用高純度的金、銀等金屬作熔質3。腔口5為熱輻射的出射口，其開口直徑應小于圓球腔直徑的1/6以下。開口越小該黑體的黑度越高。但是，開口太小輻射能量又太低不能滿足探測要求，一般選1/6～1/10為適中，這種黑體優點在于ε0大，輻射面能量均勻。但是，在保證ε0情況下，其黑體腔有體積大、電阻絲不易纏繞、成本高等缺點、實用性差。目前，高分子材料的高速發展，要求對高分子產品(如石化產品)的結構進行紅外光譜的測試分析，為了使測試光譜準確度提高，要求有一種500K左右的中溫標準實用黑體作基準。因而，這種黑體在能量滿足前提下，黑體體積要盡可能的小，才能滿足光譜儀的使用要求。為此，專利技術人設計了一種新型黑體，具有體積小，能量輻射均勻、輻射率ε0高，并且易于纏繞電阻絲等特點，達到標準實用的目的。本專利技術的雙球腔標準實用黑體，腔體為兩空心球相交的形狀，即兩個積分球串接而成的腔體。兩球腔在相交處構成的通道稱之為腔孔，腔孔使兩球腔相通。沿連接兩球球心的直線-雙球腔軸線與腔體交匯點開有圓形腔口，作為熱輻射窗口。在腔體的外面同軸線包有圓柱形外罩，外罩兩端面開有圓口，一面圓口跟腔口相對，另一面圓口供放置測溫用的傳感元件-鉑電阻。在腔體與外罩之間被密封的空間里裝有熔質，熔質為99.99%純錫，在外罩的外側面，套有熔鑄云母骨架，以便纏繞加熱用電阻絲，在外罩的端面用制成圓環狀的熔鑄云母片做纏繞電阻絲的骨架，使加熱均勻，由于熔鑄云母可以機械加工，使之體積做得很小，同時可以節省加熱的電功率。加熱電阻絲外有保溫層，再外側纏繞冷卻水管，使黑體表面與環境溫度相近。在腔口處設有通冷卻水的光欄口，使輻射能量在單位面積上趨于準確。具體結構可參見圖2。圖2是雙球腔標準實用黑體的剖面圖。圖2中，1為腔體、2為外罩、3為熔質、4為電阻絲、5為腔口、6為精密鉑電阻、7為腔孔、8為熔鑄云母骨架、9為保溫層、10為光欄口、11為冷卻水管、12為出水口、13為引線插座，14為接線柱。腔體1為雙球腔，可用不銹鋼材加工制成，腔口5沿兩球心連線到達腔底的長度，即腔長，略小于兩球的直徑之和，大約在80～160mm。腔口5的直徑約為腔長的1/6～1/17。兩球腔相通的腔孔7為圓形，直徑約為腔長的1/4比較合適。圓柱形外罩2的一個端面開圓形口，與腔口5相對，采用氬弧焊辦法在腔口2處將腔體1和外罩2接成一體;外罩2的另一端也開圓形口，并在外罩2內焊接一圓筒，用來裝測溫的精密鉑電阻6，圓筒底部靠近腔體1的外側。這樣，在腔體1、外罩2及裝精密鉑電阻6的圓筒之間構成一個密封的空間，在空間內充入熔質3。熔質3可選用99.99%的純金屬錫，使黑體在370～600K溫度范圍內工作，并穩定在505K最佳標準溫度。熔鑄云母骨架8包圍在外罩2的外側面且有兩個圓環形熔鑄云母骨架置于外罩2的兩端處。電阻絲4沿熔鑄云母骨架8的外側凹槽螺旋狀地纏繞，便于固定位置和合理排列，兩端的熔鑄云母骨架8上，沿半徑方向纏繞電阻絲4，從而經合理設計保證對熔質3和腔體1的加熱溫度處處均勻。為了加強絕緣效果和增強加熱效果，除了使用熔鑄云母骨架8外，在外罩2的外表面噴涂SiO2或Al2O3絕緣層。引線插座13是多插孔插座，可同時為電阻絲4、精密鉑電阻6接通電路。保溫層9可選用硅酸鋁陶瓷纖維材料。光欄口10與腔口5相對，以使熱輻射輸出。冷卻水管11和出水口12用于為黑體冷卻，滿負荷時，外殼溫度不超過環境溫度5K。本專利技術由于用雙球腔體1代替了以往的圓球腔體，腔口5的直徑與腔長之比相同的條件下，具有大體相同的輻射率，則雙球腔黑體的體積只是圓球腔體體積的1/4，體積小是適于實用的，特別是適用于作光譜儀的光源。本專利技術由于腔口5與腔長之比可達到1/12～1/17，又選擇了腔孔7的大小為最佳尺寸(腔長的1/4)，不僅保證了輻射均勻，而且輻射率高(ε不小于0.999)。本專利技術由于使用純錫作熔質，使黑體工作在中溫區，很適于用作高分子材料的結構分析測試，并使腔體溫度均勻穩定和降低黑體的制作成本。本專利技術由于使用熔鑄云母骨架8和外罩2表面噴涂絕緣層，使整體結構緊湊，增強加熱效果和絕緣性能，節省了加熱功率。總之，本專利技術是一種體積小、結構緊湊、溫度均勻、輻射率高的新型實用黑體，可以作為溫度量度的標準，標定輻射源，確定輻射源的積分參數、光譜參數及其它特性，可測定各種輻射器件的靈敏度，是科研和計量部門的一種理想的標準紅外光源。權利要求1.一種用于光譜儀的雙球腔實用標準黑體，由開有腔口的腔體、外罩纏繞在外罩外側的電阻絲以及夾在腔體和外罩之間的被密封空間內的熔質所構成，本專利技術的特征在于，所說的腔體是雙球腔，兩球腔相交處開有腔孔使兩腔相通；所說的外罩是圓柱形的，外罩2的圓柱體軸線與雙球腔體的軸線上重合。2.按照權利要求1所述的雙球腔實用標準黑體，其特征在于外罩的外表面噴涂SiO2或Al2O3絕緣層;用熔鑄云母骨架包圍外罩，并在熔鑄云母骨架上纏繞電阻絲。3.按照權利要求1、2所述的雙球腔實用黑體，其特征在于選取雙球腔的腔長在80～160mm范圍，腔口的直徑為腔長的1/6～1/17，腔孔的直徑約為腔長的1/4。全文摘要一種用于光譜儀的雙球腔標準實用黑體，腔體為雙球串接形狀，兩球腔相交處開有腔孔使兩腔相通，在兩球心連線上的腔體上開有腔口作為熱輻射輸出窗口，在腔體外同軸線地裝在圓柱形的外罩，腔口與外罩間密封的空間充有熔質錫，外罩外側通過熔鑄云母骨架纏繞電阻絲。本專利技術具有輻射率高、黑度均勻、結構緊湊、體積小、絕緣性能好，易于制作和成本低等優點，是科研、計量部門進行物質結構分析、標定各種低溫輻射源的理想的適于實用的標準黑體。文檔編號G01J3/10GK1056746SQ9110259公開日1991年12月4日 申請日期1991年4月20日 優先權日1991年4月20日專利技術者竇方亮, 申為群, 張玉琦, 鄭日鐘, 侯蘭田 申請人:吉林大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于光譜儀的雙球腔實用標準黑體，由開有腔口［５］的腔體［１］、外罩［２］纏繞在外罩［２］外側的電阻絲［４］以及夾在腔體［１］和外罩［２］之間的被密封空間內的熔質［３］所構成，本專利技術的特征在于，所說的腔體［１］是雙球腔，兩球腔相交處開有腔孔［７］使兩腔相通；所說的外罩［２］是圓柱形的，外罩２的圓柱體軸線與雙球腔體［１］的軸線上重合。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：竇方亮，申為群，張玉琦，鄭日鐘，侯蘭田，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：22[中國|吉林]