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黑体,黑体辐射炉,黑体辐射源,红外标定源

2021-04-01 13:07:55

黑体的定义:

 

能全部吸取外部的辐射能量,同时能全部辐射出自身全部能量的物体。量化说明为:吸取率为1,发射率为1。

 

黑体又可以叫黑体辐射炉黑体辐射源红外标定源等。

黑体的主要技术指标:黑体的发射率,黑体腔口直径,温度均匀性和辐射温度不确定度。因此为了确保黑体的产品质量,通常黑体都是按温度分段设计。

黑体2种基本类型:腔式黑体和面源黑体

黑体的用途

 

黑体的主要功能是产生一定温度下的标准辐射。因此在温度计量中主要用于检定各种辐射温度计,如光学高温计、红外温度计、红外热像仪等。 随着科学技术的发展,黑体的用途已经不局限于在温度计量方面的应用。在光学方面,已经普遍采用黑体作为标准辐射源和标准背景光源。在测量领域里,黑体已经用于测量材料的光谱发射、吸取和反射特性。在高能物理的研究中,黑体已经用作为产生中子源。

 

 

在20世纪60年代,中温黑体就有人开始研究,因为当时的技术条件限制,对黑体技术(如黑体腔、等温黑体腔、黑体发射率等)认识不足,甚至将热电偶检定炉的中间放置一个靶子就看作是黑体。

 

自从美国在越南战争首次使用红外技术,成功地侦察到密林中的胡志明小道后(注:当时胡志明小道是运输线),拉开了红外技术在军事上应用的序幕。随后,各国都开展了红外侦察、红外伪装、红外制导、红外诱饵、空中防卫等技术的研究工作,这就促进了对黑体技术的研究,尤其是对中低温黑体的研究。因此国外在20世纪80年代就已经有低温黑体,我国对低温黑体的研究,是从20世纪90开始。

 


近30年来,红外技术已经广泛地应用于民用,如红外资源卫星、红外气象卫星、红外加热、红外干燥、医用红外、红外测温等,同时开始了民用黑体产品的研究。尤其是近20年来,红外温度计的广泛应用,作为红外温度计检定用的主要设备-黑体的市场需求量增加,这促进了黑体技术向产品化传化的进度。

 


对黑体技术的研究,尤其是对黑体发射率技术的研制,从20世纪50年代开始,一直是断断续续地进行着。国内一些大学,对黑体发射率进行研究,并根据辐射换热原理,对当时的黑体产品研究出一套发射率的计算方法。同时,形成了对圆柱形黑体腔,腔体长度和腔口之比(称为形腔比)为一个固定的模式。1998年,在国防计量科研课题的研究中,俞伦鹏在基于等温和漫反射的基础上,应用辐射换热原理,导出了黑体发射率全新的计算公式,从理论上证明了只要黑体腔内表面温度均匀且为漫反射,黑体的发射率只与黑体的腔口面积与内表面面积之比、黑体腔内表面发射率有关,而与黑体的形状、黑体的温度无关,系统阐述了黑体发射率的理论,使得对黑体发射率理论的研究,向前迈进了一步,同时对于黑体的研制和生产,有着极大的引导意义。

 


对于腔式黑体,也是一个逐步发展过程。从开始研制出雏形黑体,到开始重视形腔比,因此改进黑体腔按照一定的形腔比设计,将黑体的性能进行提高;到开始重视黑体的等温段,尽量提高黑体的等温区域,将黑体的性能进一步提高;到目前为止,应用黑体发射率的理论计算公式指出的改进途径,使黑体的性能又得到提高;这就是一个不断发展和不断完善的过程。

 


在黑体的设计上,人们对于黑体的等温特性越来越重视,黑体腔内表面的温度均匀性已经作为黑体设计主要技术指标之一;因此对于有的黑体内表面温度均匀性较好的黑体,又称为“等温黑体”。对于黑体内表面温度均匀性的要求,将热管技术应用于黑体,黑体内表面等温效果很好,因此近代使用热管技术研制出的黑体,称为热管黑体。热管黑体是等温黑体的一种。

 


随着科学技术发展,需要更高精度的黑体作为标准辐射源,尤其在300℃以下温度段。因此又发展了高精度的黑体,这些黑体辐射温度的准确度在(0.1~0.5)℃和0.01℃分别率。


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