高温陶瓷涂层辐射率测量研究(3)
时间:2017-06-01 17:13 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.2 半透明材料辐射率测量技术综述 从上世纪50年代始,材料科学、空间技术、核能及计算机技术等许多重大科学技术发展的推动,辐射率测量的研究得到了长足的发展和完善。根据不同的测试原理,通常将辐射率测量方法分为量热法、反射率法、辐射能量法和多波长测量法等[3]。不透明材料辐射率通过上述测量方法比较容易实现，而半透明材料的吸收、散射特性给光谱辐射率的测量增添了困难，要实现高温下的测量对测试系统提出更高的要求。下面简要介绍下近些年高温半透明材料辐射率测量技术的发展概况。 反射率法：根据能量守恒定律及基尔霍夫定律,只要将已知强度的辐射能投射到被测的样品表面上,测出表面反射能量和透射能量,即可求得样品的反射率和透射率从而计算出辐射率。 对于玻璃、水晶这类材料，它们的反射率和透射率很好测量，因此Bleux等人采用此方法在很宽的波谱范围内测量室温至1200K玻璃材料的法向光谱辐射率。1995年J. J. P. Elich 和 J. A.Wieringa基于漫反射测量原理将此方法用于测量1000℃陶瓷的辐射率[4]。2003年欧洲发起的RTD项目，通过19所实验室测定6种样品的红外反射率重新修改了EU 637标准，而欧洲的制造商就是根据EU 637标准来确定涂层辐射率的[5]。 Rogeri Lopes等人在测定等温填充床定向光谱辐射率时，使用了一套基于反射率法的定向辐射测量装置[6]。实验装置由FTS 60 A红外光谱仪，波长范围1.8-11μm，1300℃类似于黑体的碳化硅炽热棒陶瓷辐射源，迈克尔干涉仪，收集反射出射辐射的球面镜，探测范围1.8-15μmHgCdTe探测器组成。测定了四种不同厚度，不同温度下样品的辐射率，与其模拟值之间测量误差小于7%。 黑体边界条件法[7]：黑体边界条件（BBC )法用来测量高温下光谱定向辐射率和光谱定向—半球透射率。也可用来测量光谱定向—半球反射率。其基本思想是通过不同的边界条件获得样品某一特定温度下的光谱辐射特性。边界条件样品的前侧和后侧是封闭的黑体腔，由于黑体腔辐射率很高类似于黑体，所以通过改变黑体腔的温度就可以改变黑体边界条件。样品被放置在壁炉中均匀加热至某一温度然后放置在黑体腔中间，通过它们之间的能量关系就可以推导出辐射特性的计算表达式。 双基板法：用来同时测量在相同的环境下半透明材料某一温度下的辐射率、反射率和透射率。测量装置简单，除了双基板和信号探测器外没有其他的测量装置。当样品加热时，探测器接收的信号有样品信号Ss、基板透过样品的信号TsSsub以及被基板反射透过样品的信号SsRsubTs。如果样品与基底结合的很好,其厚度远远大于样品与基板之间的距离,可以忽略它们之间多次反射的影响。来自样品和基板的总信号可以看做不透明介质的表观辐射率，通过分析简化推导得出关系式： 式子中只有 和 未知，采用两个不用的基板即可解出这两个未知数。Sangho Jeon,Seung-Nam Park等人研究了此方法并结合Nicolet 7600 FT-IR测量了厚度从0.6-3mm不等，内部温差小于1K的黑漆辐射率，与已有的测量值吻合的很好[8]。 能量法：直接测量样品的辐射功率，根据普朗克或斯忒藩－玻耳兹曼定律和辐射率定义计算出样品表面辐射率值。由于目前辐射的绝对测量尚难达到较高精度，故通常采用能量比较法，即在同一温度下用同一探测器分别测量绝对黑体及样品的辐射功率，两者之比就是材料的辐射率值。 O. Rozenbaum等人在1999年设计出采用CO2激光器作为加热源测量半透明材料辐射率的装置，该测量装置采用BRUKER IFS 113 V FTIR，波数范围10-12000cm，最高温度可达3000 ℃，允许定向光谱辐射率的测量[9]。实验测量了二氧化硅、氧化镁、氧化铝半透明材料的法向光谱辐射率，其中二氧化硅的测量温度从800到2250K，在波数1500-3500cm范围内呈现半透明，而在高波数完全透明，这与二氧化硅的性质以及间接测量的结果完全相同。 (责任编辑：qin) |