变温度材料表面发射率的能量法测量技术研究(3)
面 j 的角系数， e q ′ 为本身辐射热流密度。
图 1.1 ：法向发射率测量装置原理图
作为近似分析，在考虑表面 3 的净辐射换热率时，忽略表面 1 的有效辐射热中由表面 3
发出并被表面 1 反射的辐射热。并且假定 1 2 2 = = ε α ； 1 3 3 = = ε α ，则
进一步假定样品表面为灰体，则 1 1 1 ε ρ − = ，因此上式变为
由角系数互易性及封闭系统的角系数完整性可得
1 1 3 1 1 A T F A T F F A T F F A T F A T q net σ σ σε σ σε − + − − − + = , , , , , , ) ( ) ( (1-6)
因为 1 3 1 << , F , 作为近似，忽略 3 1 , F 的平方项，则有在实际使用中，热电堆吸热表面与冷端的温差 2 2 3 T T T T << − = ∆ 因此
可 ） ，使得光栏与铜座温度文持在 2 T 。黑体腔（图上未画出）为一圆柱形空腔，腔体
夹套内通入恒温热水文持黑体腔温度为 1 T . 待测试时样品腔、黑体腔分别对准感受件
腔 ， 分别读出热电堆输出信号 s ϕ 和 0 ϕ 。 为了测试准确 ， 这样的过程至少进行 3 次以上 ，
然后取算数平均值。1. 水冷套 ； 2 ， 5,11,13. 恒温 （ 2 T ） 水的入口及出口 ； 3. 铜座 ； 4. 水冷管式光栏 ；
6. 加热水套 ； 7,8. 恒温 ( 1 T ) 水的入口及出口 ； 9. 样品 ； 10. 绝热垫块 ； 12. 固定环
兼光 栏； 14. 感受件； 15. 引线
稳态卡计法具有测量不确定度小 ， 测试精度高 ， 测试温区宽等优势 ， 克服了测试
过程对材料导热系数和比热容的苛刻要求 。 因此 ， 本设计也根据稳态卡计法设计了半
球发射率测量装置 。 测量温度范围为 173 K-373 K, 对应的测量精度为 ± 0.04- ± 0.03 。
2 2 2 2 测量原理 测量原理 测量原理 测量原理1 3 1 1 1 3 4 σ σ ε (1-9)
在稳定状态下，热电堆吸热面 3 的净辐射热流率应等于它的热损失，
3 3 TA K q C net ∆ = (1-10)
式中 C K 为吸热面 3 与冷端之间的对流与导热的传热系数。
此外，热电堆的输出信号与冷热端温差成正比，即 T K s ∆ = 1 ϕ ( 1 K 为比例系数 ) 。
将式（ 1-10 ）代入式（ 1-9 ）有
当 T∆ 变化范围很小的时候 ， c K 和 1 K 是定值 ， 而冷端温度在测试时也保持不变 ，
故 M 为常数。
如果在样品处放置黑体 ， 并使黑体温度与样品温度相等 ， 此时热电堆输出信号 0 ϕ
由式（ 1-12 ）和式（ 1-14 ） ，可以求得样品表面法向发射率 1 ε
根据上述原理设计的法向发射率测量装置如图 1.2[10] 所示。它由样品腔、黑体
腔和感受腔三部分组成 。 在样品腔中 ， 依靠加热水套内通入恒温热水 ， 使待测样品的
温度文持在 1 T . 在感受件腔内，热电堆被固定金属环紧紧压在铜座上，使得热电堆冷
端温度与铜座温度相等。而水冷管式光栏及水冷套内通入恒温冷水（一般自来水即
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