一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，屬于熱學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法將輻射熱流計(jì)深入到黑體輻射源黑體腔內(nèi)，采用蒙特卡洛算法，計(jì)算評(píng)定由輻射熱流計(jì)與黑體輻射源黑體腔構(gòu)成的等效腔體模型的有效發(fā)射率，從而通過(guò)斯蒂芬-波爾茲曼定律，利用黑體輻射源黑體腔溫度值計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流值，實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射熱流計(jì)的絕對(duì)法校準(zhǔn)。本發(fā)明在等效腔體模型有效發(fā)射率的計(jì)算分析中，綜合考慮了黑體輻射源黑體腔壁面溫度梯度，確定了輻射熱流計(jì)深入到黑體輻射源黑體腔的最佳位置，以獲得最大的等效腔體模型有效發(fā)射率。本發(fā)明方法直接，中間環(huán)節(jié)少，測(cè)量不確定度小，適用于溯源至溫度的絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，屬于熱學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 輻射熱流計(jì)是一種對(duì)輻射熱流密度進(jìn)行測(cè)量的傳感器，它可以對(duì)所在位置接收到 的或通過(guò)該位置的輻射熱流密度進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)輻射熱流計(jì)輸出信號(hào)的測(cè)量可以得到該 時(shí)刻該位置的輻射熱流密度值。在飛機(jī)制造的熱模擬試驗(yàn)過(guò)程中以及在冶金、化工等工業(yè) 領(lǐng)域，都要廣泛使用到輻射熱流計(jì)。由于輻射熱流計(jì)一般工作在高溫惡劣的環(huán)境中，為了保 證輻射熱流計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度，就需要定期使用輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)裝置對(duì)輻射熱流計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。 對(duì)輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)主要是對(duì)其靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。靈敏度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)與對(duì)應(yīng)測(cè)得 輻射熱流的比值。
[0003] 在絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)裝置上可以將輻射熱流量值溯源至溫度標(biāo)準(zhǔn)或者其它 物理參數(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即利用溫度或者其它物理參數(shù)直接計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流值。
[0004] 現(xiàn)有絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法的類型及不足主要是：①采用絕對(duì)輻射能量法校 準(zhǔn)輻射熱流計(jì)，將輻射熱流量值溯源到輻射功率標(biāo)準(zhǔn)；即：先采用高溫黑體輻射源，以電替 代絕對(duì)福射計(jì)（electrical subsitution radiometer，ESR)為標(biāo)準(zhǔn)，校準(zhǔn)福射熱流計(jì)，并最 終溯源至高精度低溫福射計(jì)（high accuracy cryogenic radiometer，HACR)。這種方法測(cè) 量不確定度小，但缺點(diǎn)是傳遞的步驟多，設(shè)備組成復(fù)雜昂貴，使用維護(hù)非常繁瑣，另外會(huì)受 到絕對(duì)輻射計(jì)量程的限制。②采用一次標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流計(jì)傳遞法，通過(guò)保證一支傳遞標(biāo)準(zhǔn)輻 射熱流計(jì)在高溫黑體爐、平板爐的角系數(shù)相同，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流計(jì)的校準(zhǔn)，在量值 傳遞中，為了消除角系數(shù)的影響，除了要保證傳遞標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流計(jì)在黑體爐標(biāo)定時(shí)和在平 板爐上作為參考熱流計(jì)時(shí)具有相同的幾何位置外，還要對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)熱流計(jì)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行特殊 設(shè)計(jì)，避免或消除環(huán)境的影響，為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，還需要準(zhǔn)確測(cè)量高溫平板爐的溫度 和發(fā)射率，而這些測(cè)量往往是很困難的，因此這種方法影響因素多，測(cè)量不確定度大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種方法直接，中間環(huán)節(jié)少，測(cè)量不確定度 小，適用于溯源至溫度的絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007] 本發(fā)明涉及的一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1 :將輻射熱流計(jì)（3)深入到黑體輻射源黑體腔（1)的內(nèi)部，測(cè)量輻射熱流計(jì) (3)的輸出電勢(shì)（用符號(hào)E表示），同時(shí)通過(guò)溫度計(jì)讀取黑體輻射源黑體腔（1)的溫度值 (用符號(hào)T b表示）。所述黑體輻射源黑體腔（1)的溫度控制在300度至2200度范圍內(nèi)。
[0009] 優(yōu)選的，所述將輻射熱流計(jì)（3)深入到黑體輻射源黑體腔（1)的內(nèi)部的位置為：輻 射熱流計(jì)（3)與黑體輻射源黑體腔（1)同軸，且輻射熱流計(jì)前端受熱面（6)距離黑體輻射 源黑體腔底面（4)的距離與黑體輻射源黑體腔（1)的直徑相等。
[0010] 優(yōu)選的，所述輻射熱流計(jì)（3)的直徑為黑體輻射源黑體腔（1)直徑的1/4。
[0011] 步驟2 :通過(guò)斯蒂芬-波爾茲曼定律，根據(jù)公式（1)計(jì)算得出輻射熱流計(jì)（3)接收 到的標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流。
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，其特征在于：其具體操作步驟為： 步驟1 :將輻射熱流計(jì)（3)深入到黑體輻射源黑體腔（1)的內(nèi)部，測(cè)量輻射熱流計(jì)（3) 的輸出電勢(shì)E，同時(shí)通過(guò)溫度計(jì)讀取黑體輻射源黑體腔（1)的溫度值Tb;所述黑體輻射源黑 體腔（1)的溫度控制在300度至2200度范圍內(nèi)； 步驟2 :通過(guò)斯蒂芬-波爾茲曼定律，根據(jù)公式（1)計(jì)算得出輻射熱流計(jì)（3)接收到的 標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流；
(1) 其中，q為輻射熱流計(jì)（3)接收到的標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流；ε為等效腔體模型（2)的有效發(fā)射 率；〇為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)；Tb為黑體輻射源黑體腔（1)的溫度；TS為輻射熱流計(jì)（3) 前端受熱面的溫度，由于輻射熱流計(jì)（3)具備水冷結(jié)構(gòu)，前端受熱面的溫度不會(huì)很高，當(dāng)T s 相對(duì)Tb較小時(shí)，Ts可以忽略掉，即Ts取值為0 ; 步驟3 :根據(jù)公式（2)計(jì)算輻射熱流計(jì)（3)的靈敏度； K = E/q (2) 其中，K為輻射熱流計(jì)（3)的靈敏度；E為輻射熱流計(jì)（3)輸出電勢(shì)；q為輻射熱流計(jì)接 收到的標(biāo)準(zhǔn)輻射熱流； 經(jīng)過(guò)上述步驟的操作，即完成對(duì)輻射熱流計(jì)的校準(zhǔn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，其特征在于：所述等效腔體 模型（2)由黑體輻射源黑體腔底面（4)和黑體輻射源黑體腔內(nèi)壁面（5)、輻射熱流計(jì)外壁面 (6)、輻射熱流計(jì)前端受熱面（7)和腔口假想環(huán)形黑體表面（8)組成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，其特征在于： 優(yōu)選的，所述將輻射熱流計(jì)（3)深入到黑體輻射源黑體腔（1)的內(nèi)部的位置為：輻射熱 流計(jì)（3)與黑體輻射源黑體腔（1)同軸，且輻射熱流計(jì)前端受熱面（6)距離黑體輻射源黑 體腔底面（4)的距離與黑體輻射源黑體腔（1)的直徑相等。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種絕對(duì)法輻射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，其特征在于： 優(yōu)選的，所述輻射熱流計(jì)（3)的直徑為黑體輻射源黑體腔（1)直徑的1/4。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種絕對(duì)法福射熱流計(jì)校準(zhǔn)方法，其特征在于：所述等效 腔體模型（2)的有效發(fā)射率ε采用蒙特卡洛算法計(jì)算得到。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK104121993SQ201410356168
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】蔡靜, 董磊, 楊永軍, 張嵐 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所