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黑体源的发展

    黑体源的发展。

    1990年,国际温度标准(ITS-90)规定,用黑体辐射光谱辐射亮度重新测量温度。黑体辐射源在辐射温度跟踪中的作用越来越突出。黑体辐射源不仅是校准红外温度计的标准器,也将迅速发展成为下一个国际计量委员会中的关键比较器,从而成为温度标准保存器。由于黑体辐射源在辐射测量领域的特殊地位,黑体辐射源在辐射测量、遥感、遥测、红外加热等领域得到了重要而广泛的应用。

    一是黑体辐射源的发展历史。

   1860年,基尔霍夫提出了理想的黑体理论:在封闭等温室中,任何面元上的辐射都是等温室温度下的黑体辐射。没有理想的黑体。基尔霍夫理想的黑体物理模型为人们提供了发展人工黑体的基本方法,即在封闭温室开一个小孔。小孔辐射就像黑体辐射,开口就是空腔黑体辐射源。

    早期黑体辐射源结构简单,空腔材料多采用碳硅化物、陶瓷或石墨,采用恒温油槽或不均匀分布的加热丝获得均匀的开口温度场。

    自20世纪70年代以来,黑体辐射源的设计日趋成熟。随着热管技术的进步,黑体源开始与热管结合,进一步提高了温度均匀性,产生了大直径表面辐射源。20世纪70年代,布里斯设计了一系列钠热管和双锥热管,在420~760℃下使用。从1975年到1980年,Busse设计了一系列以水或钠为工质的控压热管,温度上限为800℃,表面温度均匀达到毫开度。近年来,中国对热管黑体的研究也取得了一系列成果:东北大学的高魁明、谢植等人开发了一种重力热管黑体辐射源,温度范围为40~150℃,铜热管较大温差为0.4~0.6℃,靶面有效发射率为0.995以上;Xi安电子科技大学的张伯辉等人开发了一种直径为40~150℃的大直径热管辐射源。

    经过各国科技人员的积极探索,黑体辐射源的研究在过去几十年中取得了长足的进步。模拟黑体与理想黑体的差异越来越小,性能指标也越来越高,在温度值传递、辐射温度跟踪、温度传感器校准等方面也越来越受到重视。

    黑体辐射源的研究分为三个方面:

  1.黑腔结构设计;

  2.计算孔的有效发射率和均匀性;

  3.黑辐射评估。

    确定黑体辐射源性能的两个方面是黑体辐射源的形状和闭合程度,以及黑体辐射源温度分布的均匀性。前者说明辐射源整体偏离理想的黑体辐射源,后者决定了辐射源偏离理想的黑体辐射程度。在设计黑体辐射源时,也要考虑这两个方面。反映黑体辐射源辐射性能的主要技术指标是空腔辐射率,也主要受这两个方面的影响。空腔发射率计算不仅可以指导空腔设计,还可以保证空腔设计的合理性,部分反映辐射源的性能。目前还没有统一的评价理论。

    黑体源及结构设计。

    选择空腔。

腔体形状的选择取决于发射率、实际加工和经济性。典型的黑体辐射源有球形、锥形、圆柱形、双棱锥形和内锥形。空腔底部采用锥形、倒锥形和槽形结构,以提高发射率。对于空腔的选择,大多数材料使用发射率高的材料。