高温条件下不透明样品法向光谱辐射率的测量(5)
美国NIST研制了集成式热辐射性能测试系统[7]，如图1-1所示。系统中有四个干涉滤光片带通辐射计，可以对黑体的温度稳定性进行检测，还可以与积分球相结合确定样品的温度。参考源由6个黑体组成：2个恒温黑体和4个变温黑体。试样的温度低于500K时采用PRT进行接触式测量，当温度高于500K时，采用积分球技术与相应波段的光谱辐射相结合的辐射测温法。旋转反射镜1用于黑体源的选择，旋转反射镜2用于探测装置的选择。
图1-1 NIST红外光谱发射率测试系统结构图
此系统致力于在250～1400K的温度范围，1～20μm以上的波长范围和0～75度以上的角度范围内对固体样品、平面体、漫射体、不透明体和透明体都有广泛的应用。研制分为3个阶段，目前已经完成了第一阶段，温度范围为600～1400K，光谱范围为1～20μm，主要适用于不透明样品；第二阶段，不透明物体，290～600K；第三阶段，透明物体。
George Teodorescu[8]等运用傅立叶红外光谱仪设计了一套测量高纯度镍法向光谱发射率的装置，在1～16μm和1440～1605K范围内精确测量。镍样品悬挂在电磁感应线圈中，如图1-2所示，通过电磁感应方式对样品进行加热，实现了样品温度的均匀，并通过非接触测温法测温；黑体辐射源测温采用R型热电偶，并有PID控制器进行控温。样品在1μm，1440K时的发射率确定度为4%。该实验解决了样品温度不均匀和温度测量精度的问题，但是只适用于导体材料。
图1-2 电磁感应线圈简图
戴景民[9]等采用傅立叶红外光谱仪建立了宽光谱范围和温度范围的发射率测量装
置，如图1-3所示。光谱仪采用了MCT和Si探测器，使光谱范围从0.6μm可以扩展到25μm。采用了石墨直接加热技术，使试样温度可以控制在60～1500℃范围内，样品测温采用热电偶，并用高温辐射计监测。配置了两个参考黑体炉：高温黑体（300～1500℃）和低温黑体（60～300℃）对系统的背景辐射、非线性进行校正和补偿。但是CO2、水蒸气等气体在几个波段的吸收问题没有解决。
图1-3 戴景民等研制的光谱发射率测量装置简图
王新北[10]等基于傅立叶红外光谱仪成功研制了固体材料发射率测量装置。装置由一个试样加热炉、一个参考黑体炉、水浴环境腔体及真空系统等组成，可以实现100～1500℃及光谱0.66～25μm范围内固体材料光谱发射率测量。试样加热炉采用钨板加热方案，参考黑体炉采用碳化硅管作为加热体，有效发射率在0.9995以上，测温均采用铂铑-铂热电偶，为提高测量精度，采用了AL808智能PID控制器组成了温度控制系统；设计了水浴环境腔体并通过参考黑体运用2次标定的方法来消除环境辐射影响；设计了真空系统来消除水蒸气、CO2等气体的影响。估算的光谱发射率不确定度小于2.27%。
原遵东[11]等采用光栅单色仪研究了光谱发射率的测量装置。装置以加热方式将材料样品温度控制在473～1000K，可在2～15μm测量样品的定向光谱发射率。样品采用电加热的方式：样品安装基体为内部穿套有带绝缘瓷管的铁铬铝加热丝，四周布置绝缘材料，测温采用一级精度的高温铠装K型热电偶；黑体辐射源有效发射率在0.995以上，测温采用精密铂电阻温度计；采用双黑体法对单色仪的线性度进行了验证。氧化不锈钢样品在上述波长和温度范围内的法向光谱发射率合成标准不确定度小于0.04。
1．4 论文的主要工作
本文采用分离黑体法设计一套基于傅立叶红外光谱仪测量不透明样品法向光谱发射率的装置，主要开展了以下几个方面的研究：
1） 不透明样品法向光谱发射率测量装置的方案设计，绘制了测量装置图。装置主要包括黑体辐射源、样品系统、光学系统和傅立叶红外光谱仪。
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