黑度系数案例.ppt

* 材料的发射率测试方法 研发部 * 测试方法 * 量热法 量热法的基本原理是：一个热交换系统包含被测样品和周围相关物体，根据传热理论推导出系统有关材料发射率的传热方程，通过测量样品某些点的温度值得到系统的热交换状态，即能求得发射率。量热法又分为稳态量热法和瞬态量热法。其测量速度快，测量上限高达4000℃，能精确测量多项参数，但是被测物必须是导体限制了其应用范围。 * 反射率法 基于的原理是对于不透明的样品，反射率+吸收率=1，将已知强度的辐射能量投射到透射率为0的被测面上，根据能量守恒定律和基尔霍夫定律，通过反射计求得反射能量，得到样品的反射率后即可换算成发射率。用于测量光滑表面的发射率。 * 辐射能量法 用同一探测器分别测量同一温度下绝对黑体及样品的辐射功率，两者之比就是材料的发射率值。常常采用整体黑体法和转换黑体法两种能量法测量材料的发射率，即在试样上钻孔或加反射罩，使被测材料变为黑体或逼近黑体性能，从而进行材料发射率的测量。 * 转换黑体法 * 红外傅里叶光谱法 红外傅里叶光谱仪主要由迈克尔逊干涉仪和计算机组成，其工作原理是光源发出的光经迈克尔逊干涉仪调制后变成干涉光，再把照射样品后的各种频率光信号经干涉作用调制为干涉图函数，由计算机进行傅里叶变换，一次性得到样品在宽波长范围内的光谱信息。最具有代表性的是半椭球反射镜反射计系统，该系统由Markham等人研制，曾获1994年美国百项研发大奖。系统的整体结构示意图如图所示。 * 红外傅里叶光谱法 系统可以同时测量材料的光谱发射率和温度，温度测量范围为50~2000℃，典型测量精度为5％；光谱测量范围为0.8~20μm，典型测试精度为3%。 * 发射率测量方法的优缺点 * 本方案的基本原理 考虑到红外热像仪和多光谱分析仪较贵，本方案计划采用“双罩法”测量。“双罩法”的基本原理就是将待测样品的辐射能量与处于相同温度下黑体所辐射的能量相比，就得到待测样品的发射率，本文中所述的发射率如无特别说明均指半球发射率。测量原理结构如图所示，双罩即由半球吸收罩与半球反射罩组成，其中吸收罩内表面为高吸收率材料，反射罩内表面为高反射率材料。 * 实际的反射罩反射率和吸收罩吸收率不可能为1，需要分析其误差影响。这里引入有效发射率的概念, 可得半球罩结构下被测表面的有效发射率εeff公式式中: α为罩体吸收率; F1 和F2 分别为被围表面与半球罩面 积。 本方案的基本原理 * 根据有效发射率的意义，对于敏感元件热电堆，半球吸收罩输出Va 与半球反射罩输出Vr 为: 在长期在线测量条件下, 吸收罩和反射罩的温度升高, 其自身辐射能也将通过被测面反射后由小孔出射, 并且热电堆输出电压随传感器冷端温度升高而变化, 从而引起测量误差, 通过分析建立误差因素模型: 本方案的基本原理 * 包括传感器模块、信号处理模块和上位机测量显示模块。传感器模块包括2个半球罩及热电堆传感器、4 路PT100 热电阻测量补偿温度和一路PT100测量被测面温度Ts， 通过测量表面温度得到发射率与温度的对应关系；信号处理模块为温度测量部分提供电流驱动，并且采集7路信号进行A /D转换后通MODBUS协议将数据实时传输给上位机；上位机接收数据后通过补偿模型计算出发射率值, 并实时绘制被测面发射率随温度的变化曲线。 系统的总体结构 * 系统的总体结构 * 其中左边的半球罩为测量自由辐射状态的内表面涂黑漆的全吸收半球反射器，右边的半球罩为内表面镀金的全发射半球镜反射器，通过电压信号调理电路比较两种状态下小孔中辐射出去的辐射功率，并需按照一定的补偿算法，依据温度信号调理电路中采集的各温度对电压信号进行一定的修正以后，即可得到被测材料表面的辐射率。 * 硬件电路模块化结构 * 需要采集的 7 组数据包括：全吸收半球反射器：热电堆探头输出电压信号V a、反射器自身温度Va 、热电堆探头冷端 PT100 测温信号Tpa；全反射半球反射器：热电堆探头输出电压信号Vr 、反射器自身温度Tr、热电堆探头冷端 PT100 测温信号Tpr，以及测表面温度的 PT100测温信号Ts 。 电路结构的采集数据 * RS- 485通信电路 信号处理模块与上位机使用RS - 485协议进行长距离通信, 由于电路所处的环境为强电磁干扰, 因此为了增强抗干扰能力提高可靠性, 采用基于iCoup ler磁耦隔离技术的隔离RS- 485收发器ADM 2483。 * 红外热像仪校准发射率 通过红外热像仪得到被测面的温度场图像分布，通过温度场图像根据热像仪的图像处理软件分析可以得到热像仪吸收的测量波长范围内的红外能量，在需要测量发射率的测试点焊上热电偶测量实时的被测表