在受控环境中实验装置红外光谱定向发射率测量.docVIP

在受控环境中新实验装置红外光谱定向发射率测量 在受控环境下测量定向红外光谱发射率的一种新的实验设备被提出。这种样品容器被放置在一个可排除和填充不同气体的不锈钢样品空腔内，可测量高达1050K的定向辐射温度。型号的测量通过傅里叶变换红外光谱仪实现。实验结果的关键是作为一种测量温度，发射角原位表面态的演化装置测量发射率的能力。样品温度同质化的仔细研究和所采取的测量方法，包括背景辐射，仪器响应机能和样品发射率与黑体辐射的差异。作为结果，概括了这些先前观察到的定向发射率测量方法的简洁的样品发射率表达式。这些错误的预估表明主要原因是犹豫测量样品温度的发射率的不确定。在短波波段中间温度的全部不确定性估计在3%左右。通过对纯铁的发射率的测量检查试验装置的精确度。试验结果表明非常符合可获取文献中的直接发射率数据并且满足从Hagen-Rubens关系中观察到的热力学发射率。 介绍 红外发射率是一个物理相对参数，这个参数是定义一个物体发射热红外电磁波的途径。它被定义为在相同温度和相同几何条件和相同光谱的物体发射的辐射量与黑体发射的辐射量的比率。 实验和理论上发射率的研究感兴趣的是大量的需要例如测量高温，辐射传热，光学常数的估计，低温的可观测性，热效率，光伏应用等精确物性参数的科技应用。 从实验角度看，我们必须考虑到材料的发射率是取决于温度、波长和不同的发射角。此外，发射率能通过表面粗糙度、表面氧化程度、晶粒尺寸大小等发生显著地变化。因此，当某一材料正在使用于技术应用中，它的表面条件可以改变，因此，在文献中得到的材料相同的材料组合物的发射率值，可能是无效的。因为这个原因，在使用条件下发射率的测量非常重要。 基本上，发射率可以通过使用比色或辐射的方法来测量。最后如果发射率是通过样品与黑体辐射量比较的话是直接法，如果通过样品反射率和透射率测量并通过基尔霍夫定律计算得到发射率，是间接法。为了通过直接辐射的方法测量光谱的方向性辐射，在文献中发现了不同的可能。因此，为了解决光谱的测量一些设备要使用滤波器，这是隔离一定波段光谱的最简单方法。有的人使用单色光或者光谱仪即选择比滤波器较窄的波段。最后，其他人使用傅立叶变换红外（FTIR）光谱仪，测量整个波段中感兴趣的波段并最大限度的提高信噪比。为了直接测量发射率，有三种主要的可供选择的方法：使样品倾斜，移动检测系统或者在不同的角度安放几个探测器。大部分的实验装置使用黑体作为参考源，但也可用于任何已知的发射率的不同来源。 发射率测量的另一个重要因素是加热控制。加热系统的类型取决于样品（金属和绝缘）的最高温度需要。因此，导体可以通过焦耳效应加热，而绝缘体样品可以通过电加热器接触或辐射加热。在较高的温度下，可以找到其他方法替代。例如：激光加热、电子束加热乙快焊炬等等。如果要达到的温度不太高，也可以使用在与样品接触的恒温流体。 样品表面温度的测量与温度控制同样重要或者更重要。有一个额外的困难，由于温度传感器必须放置在测量区域外，而温度传感器一定会发生自由辐射。如果样品的温度是足够均匀的，接触传感器可以放置的前表面外的测量区域，在裸露的部分，或在样品表面的后部。在某些情况下，使用高温测量法，预先需要发射率，即要被测量的参数。一些研究人员开发的数学算法，使他们能够在特殊情况下同时获得温度和发射率。有时采用的材料的辐射特性来测量温度的辐射测量，有的发射率是明显已知的，例如克里斯琴森点，它的发射率是等于1的。另外，如果需要控制样品的环境，则需要一个真空室。 由于科学和工业界对可靠的光谱发射率数据（是温度和环境条件决定的的一个函数）的极大兴趣，我们已经制作了一个新的实验装置，这个装置的设计考虑了文献中设备的最佳特性且适应我们的需要。在这篇文章中，我们描绘了这种新型真空热辐射仪，它能利用FTIR光谱分析仪通过直接测量的方法测量作为温度和环境条件函数的不透明样品的定向发射率。它具备在防止H2O和CO2吸收和确保热稳定性的真空室和受控环境下拥有样品和黑体的所有光路的优点。此外，将样品在受控环境下加热，允许在氧化过程期间进行原位发射率的研究，或者在一般情况下，以分析其对环境条件的依赖性。可以通过连续的角度变化得到角辐射率。此外，没有必要移动样品和黑体以测量它们的信号，本实验装置中的所有因素都是计算机控制的，所以在测量过程中是完全自动化的。 在下一个部分，实验设备会被详细的描述。测量方法和误差评定将会在第二部分段第三节介绍。最后验证设备所得到的的测量结果将会被放在第二部分第四节介绍。 2.实验设备 辐射仪主要参数的测量范围被概括在表I。光谱的范围内包括温度测量范围内绝大多数的发射热能（90%）。 实验设备（Fig.1）有四个主要的模块放置在T型：样品空腔、黑体、FTIR光谱仪和引导发射源（样品或黑体）辐射指向光谱仪的光学入口箱。在这个实验配置