变温度材料表面发射率的能量法测量技术研究(2)
[6,7] 。光学方法则是通过测量表面反射或发出的辐射来获得发射率的，故在光学方
法中又分为反射计法和辐射计法 [8] 。
卡计法的基本原理是将待测试件放入一个四周等温且内壁涂黑的真空腔内 。 试件
通电加热后 ， 或是在达到稳态后测定试件的表面温度及输入的电功率 ， 或是测出试件
在停止电加热后的降温曲线 ， 再根据能量守恒定律写出热平衡方程 ， 进而算出半球发
射率。卡计法属绝对法，其优点是测量准确度高。它是所有半球发射率 H ε 的测量方
法中准确度最高的方法 ， 而且温度范围广 ， 可以从液氮温度一直到数千度 。 卡计法测
出的是全发射率 ， 可以直接提供工程用的数据 。 主要缺点是测量周期长 （ 指稳态卡计
法 ） ， 试件设备及安装较麻烦 。 稳态卡计法测得的样品发射率 H ε 一般比真正发射率要
高 ， 特别对低发射率样品更是如此 。 其原因在于气体导热 、 引线导热 、 边缘缝隙都使
样品加热器漏热所致。稳态卡计法无法测量发射率很低（如抛光金、银）的表面 ， 对
于低发射率的表面需要用非稳态法来测量。
反射计法的基本原理是首先测出样品的光谱反射率 λ ρ ，对不透明物体则有λ λ λ ρ α ε − = = 1 ，进而求出全发射率 ε 。该方法的主要优点是能测出光谱发射率 λ ε ，
因而有利于研究选择性热控涂层 ， 试样的制备及安装均很方便 ， 测试周期短 。 主要缺
点是误差来源较多，而且对这些误差很难进行精确的计算。
在反射计法中 ， 可分直接测出反射率的绝对法和采用标准试件并用比较原理测出
反射率的比较法。
辐射计法的基本原理是测出待测试件发射的辐射能 ， 将之和处于相同温度的黑体
或已知发射率的标准试件发出的辐射能相比较而求出发射率，这种方法属比较法 。 它
合适于较高温度下的发射率测定 ， 也合适于进行大面积表面发射率的检验 ， 但对系统
误差较难进行精确的估计。
1.4 1.4 1.4 1.4 法向发射率的测量 法向发射率的测量 法向发射率的测量 法向发射率的测量 [9]
测量半球发射率的卡计法装置比较复杂。为了消除气体导热和对流换热的影响 ，
这种装置必须有真空设备 。 而基于辐射计原理的法向法向发射率测量装置 ， 只需在待
测表面的法向安装一个探测器即可。因此，所用设备简单，操作方便，测试周期短 。
对于若干典型的材料表面，法向发射率 n ε 与半球发射率 H ε 之间有一定的关系。因此
测出法向发射率 n ε 后可以近似的计算出半球发射率 H ε ，当然准确度比卡计法要差一
些。
测定 n ε 都采用比较法 。 即用一辐射接收器 ， 在相同条件下接收待测表面和标准表
面（通常用黑体）的热辐射，通过比较求出 n ε 。
装置的测量原理如图 1.1 所示。图中 1,2 和 3 面分别代表待测样品表面、恒温冷壁
以及探测器（热电堆）的吸热表面。表面 2 和 3 发黑，使它们接近于黑体。冷表面 2 与
探测器的冷端保持恒定温度 2 T ， 而待测表面则加热到温度 1 T 。 在这样由数个表面组成
的封闭辐射换热系统中，某一表面 i 的净辐射换热率为
式中 net q 为净辐射热流率， abs q 为吸收辐射热流率， e q 为本身辐射热流率， α 为吸收
率 ， e ff q ′ 为有效辐射热流密度 ， 等于本身辐射与反射辐射热流密度之和 ， j i F , 为面 i 对
上一篇：生物质水解实验装置设计