高真空、寬波長、高精度發射率實驗裝置的研製

高真空、寬波長、高精度發射率實驗裝置的研製

《高真空、寬波長、高精度發射率實驗裝置的研製》是依託河南師範大學,由劉玉芳擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

  • 中文名:高真空、寬波長、高精度發射率實驗裝置的研製
  • 項目類別:專項基金項目
  • 項目負責人:劉玉芳
  • 依託單位:河南師範大學
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

光譜發射率是十分重要的物理參數,準確的光譜發射率數據不僅在溫度測量、輻射熱傳導及加熱效率等技術領域有重要套用,而且在物理系統的熱力學性質、光學常數估算及低輻射物體的可觀察性研究等科學領域更具價值。.本項目的研究內容包括三方面:一是對構成儀器的各子系統(高真空系統、快速加熱及溫度控制系統、探測器系統、探測器測角調節系統及信號處理系統)進行最佳化設計,並進行必要的實驗和理論計算,以使實驗裝置獲得最佳的設計參數;二是利用最佳化設計結果研製出一台波長在0.5-10.0μm範圍內連續可調、溫度在400-2500K內快速可變、溫控精度高於2K、且在高真空狀態下工作的光譜發射率測量裝置;三是利用這一光譜發射率測量裝置在高真空狀態下測量多種材料在各種波長、溫度、尤其是在較高溫度下的法向發射率、側向發射率、極化發射率及非極化發射率,驗證實驗裝置的測量精度,並利用測量結果對儀器進行改進,以使其整體性能達到最佳。

結題摘要

針對目前輻射測溫、輻射熱傳導、材料隱身等研究領域對準確的高溫光譜發射率數據的迫切需求,項目提出了研製一套高真空、寬波長、高精度發射率實驗裝置。該實驗裝置可在473K-2673K的溫度範圍內對固體材料的光譜發射率進行測量,波長範圍為0.5μm-10μm,實驗裝置的不確定度小於3%。經過四年的理論和實驗研究,研製的實驗裝置達到了預期的研究指標,全面完成了項目研究任務和考核指標。 在理論方面,針對高溫區樣品表面溫差大的難題,利用熱輻射傳導理論,對發熱體溫度場分布進行了模擬仿真,最佳化設計了高溫區樣品加熱方案,提出了一種表面溫差校正方法,提高了樣品表面溫度的測量精度。採用雙黑體法,提出了一種光譜儀背景函式實時校正方法。通過對熱傳導理論的深入研究,經過多次反覆實驗,掌握了高溫樣品爐體石墨加熱管體厚度和腔長與加熱電流的關係。在系統設計方面,採用了分溫區的方案,確保了溫度測量的準確度和穩定度。設計了全反射式光路自動調整系統,提高了光路的調整精度,降低了能量損耗。設計了一種利用大功率直流電源加熱的高溫樣品加熱爐體,利用鎢棒作為傳熱體來加熱待測樣品,實現了金屬和非金屬樣品的快速加熱。在項目研究過程中,提出了一種利用潛望鏡法對方向光譜發射率的連續測量方法。採用單色儀和傅立葉紅外光譜儀兩套方案來測量寬波段的光譜輻射能量。通過對溫控電路的最佳化設計和多次實驗,將中低溫區溫控的精度提高到了0.1K,而高溫區控溫精度達到了1K。採用反射式輻射測溫方法和熱電偶結合的方法對樣品表面溫度進行了多點校正,掌握了樣品表面溫度與控溫溫度之間的關係,提高了表面溫度測量的精度。在系統集成和測試方面,藉助雷射對準等手段,對光路進行了對準和調試。利用研製的原理樣機,對常用的鋁、銅、鈦等金屬,難溶金屬鉭、鎢以及石墨、碳化矽材料進行了測量,並與國內外相關研究機構進行了對比。對整個測量裝置的測量精度進行了不確定度評定,並對系統每個部分的不確定度進行了分析,系統的測量確定度優於2.8%。 項目執行期間共公開發表SCI論文16篇,授權國家發明專利1項,實用新型專利7項。共培養博士生1名,碩士生3名,在讀博士生3名,碩士生6名。

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