一種面輻射源黑體的制作方法
【專利摘要】一種面輻射源黑體，包括黑體輻射面組件、數(shù)顯溫控儀、為黑體輻射面組件及數(shù)顯溫控儀供電的電源模塊以及接受數(shù)顯溫控儀的指令進(jìn)行通斷的繼電器組，黑體輻射面組件包括輻射面、半導(dǎo)體制冷片組、換熱系統(tǒng)以及熱電偶，半導(dǎo)體制冷片組夾在輻射面和換熱系統(tǒng)之間，用于檢測輻射面溫度的熱電偶與數(shù)顯溫控儀相連接，半導(dǎo)體制冷片組通過由數(shù)顯溫控儀控制的繼電器組與電源模塊連接，并藉由繼電器組的通斷切換施加在半導(dǎo)體制冷片組上的電流方向，各部件集成一體設(shè)置在一殼體內(nèi)。本實用新型升溫快，能在5min內(nèi)將輻射面從常溫升高至90°C并穩(wěn)定；制冷能力強(qiáng)，輻射溫度可降到比室溫低10°C，溫度非均勻性小于0.2℃，另外體積小，能耗低，節(jié)約能源。
【專利說明】一種面輻射源黑體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于對紅外測溫、紅外成像等各種形式的輻射探測器進(jìn)行標(biāo)定的黑體，尤其是涉及一種面輻射源黑體。

【背景技術(shù)】
[0002]一切溫度高于絕對溫度(_273°C )的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，物體的紅外輻射特性、輻射能量的大小和波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此通過測量物體自身輻射的紅外能量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。
[0003]黑體是一種理想物體，它的發(fā)射率和吸收率都為1，即能在任何溫度下全部吸收所有波長的輻射，并能最大限度地發(fā)出輻射。在現(xiàn)實中并不存在理想的黑體。但可以用某種裝置近似地代替黑體。
[0004]一個帶有小孔的密閉空腔，并且小孔相對于空腔足夠小，不會妨礙空腔內(nèi)的平衡。在溫度T下，空腔壁也跟其他固體一樣，不斷輻射電磁波，腔內(nèi)形成一輻射場，經(jīng)過一定時間，腔內(nèi)的輻射場與腔壁達(dá)到了熱平衡。這時平衡輻射的性質(zhì)只依賴于溫度，與腔壁的其他性質(zhì)無關(guān)。由于小孔是腔上的一部分，也處于同樣的溫度，因此，小孔的輻射性質(zhì)就代表了空腔內(nèi)的輻射性質(zhì)。這個小孔的輻射可以看做是黑體輻射，它的發(fā)射率非常接近1，這樣的空腔被稱為黑體空腔。可以將空腔上的小孔近似地看成黑體。黑體受熱以電磁波的形式向外輻射能量，是一種理想的輻射源，被稱為黑體輻射源。
[0005]黑體輻射的輻射光譜中不同輻射亮度可用來標(biāo)定溫度，在實際應(yīng)用中，把黑體輻射源用于對紅外測溫、紅外成像等各種形式的輻射探測器進(jìn)行標(biāo)定。黑體輻射源近幾十年來隨著紅外測溫技術(shù)的發(fā)展而取得了飛速的發(fā)展，溫度均勻性是黑體輻射源的重要指標(biāo)之一，是黑體輻射源設(shè)計的重要方面。
[0006]傳統(tǒng)的黑體空腔一般都被制成具有簡單幾何形狀的腔體，但是簡單的黑體空腔往往開口較小，適用于中、高溫條件下工作，為了滿足中低溫條件下工作的要求，人們將輻射源表面做成復(fù)雜的表面(如環(huán)形V型槽和蜂窩狀表面)，稱為面輻射源，這樣的黑體被稱做面輻射源黑體。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中，面輻射源黑體主要通過加熱絲或加熱棒進(jìn)行加熱，加熱過程中通過風(fēng)冷或水冷進(jìn)行降溫，以實現(xiàn)面輻射源在一個相對恒定的溫度下進(jìn)行工作。但是這種加熱及冷卻的方式無法在低溫下做到室溫以下，且降溫時間長，并且導(dǎo)致加熱的面均勻性不好。另外，現(xiàn)有面輻射源黑體大多數(shù)是控制部分與輻射源為相對獨(dú)立的部件，中間需要通過電纜連接，移動比較麻煩。
實用新型內(nèi)容
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種面輻射源黑體，可以將面輻射源溫度降到比室溫低10°c的低溫，并且本實用新型控制部分與面輻射源共同設(shè)置在同一個殼體內(nèi)，成一體化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于攜帶移動。
[0009]本實用新型為了解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種面輻射源黑體，包括黑體輻射面組件、數(shù)顯溫控儀、為黑體輻射面組件及數(shù)顯溫控儀供電的電源模塊以及接受數(shù)顯溫控儀的指令進(jìn)行通斷的繼電器組，所述的黑體輻射面組件包括輻射面、半導(dǎo)體制冷片組、散熱系統(tǒng)以及熱電偶，半導(dǎo)體制冷片組夾在輻射面和散熱系統(tǒng)之間，用于檢測輻射面溫度的熱電偶與數(shù)顯溫控儀相連接，所述的半導(dǎo)體制冷片組通過由數(shù)顯溫控儀控制的繼電器組與電源模塊連接，并藉由繼電器組的通斷切換施加在半導(dǎo)體制冷片組上的電流方向。
[0010]進(jìn)一步地，所述的散熱系統(tǒng)包括散熱器和風(fēng)扇，所述的風(fēng)扇與電源模塊連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述的繼電器組包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器，其中第一繼電器和第四繼電器的控制端與數(shù)顯溫控儀的一對溫控輸出接線腳連接，第二繼電器和第三繼電器的控制端與數(shù)顯溫控儀的另外一對溫控輸出接線腳連接，所述半導(dǎo)體制冷片組的一側(cè)引線通過第一繼電器和第三繼電器分別連接至電源模塊輸出端的正極和負(fù)極，半導(dǎo)體制冷片組的另一側(cè)引線通過第二繼電器和第四繼電器分別連接至電源模塊輸出端的正極和負(fù)極。
[0012]進(jìn)一步地，所述的第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器均為固態(tài)繼電器。
[0013]進(jìn)一步地,所述電源模塊輸出電壓為24V。
[0014]進(jìn)一步地，所述的半導(dǎo)體制冷片組中設(shè)有四片呈田字形排列的半導(dǎo)體制冷片，所述的熱電偶設(shè)置在四片半導(dǎo)體制冷片的交界處。
[0015]進(jìn)一步地，所述的四片半導(dǎo)體制冷片兩個一組，分別串聯(lián)后，兩組之間并聯(lián)連接。
[0016]進(jìn)一步地，還包括一個殼體，所述的黑體輻射面組件、數(shù)顯溫控儀、電源模塊、以及繼電器組均設(shè)置在殼體內(nèi)。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]1、根據(jù)本實用新型，加熱器件采用4片半導(dǎo)體制冷片，升溫速度快，能在5min內(nèi)從常溫升高至90° C并穩(wěn)定；并且半導(dǎo)體制冷片組反向?qū)〞r可以制冷，散熱系統(tǒng)采用散熱器與風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合的方法，散熱器的散熱片采用導(dǎo)熱性好、易加工的鋁散熱片，并用風(fēng)扇對其進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，配合半導(dǎo)體制冷片組的制冷，制冷效果明顯，最低可根據(jù)需要降到比室溫低I (TC。
[0019]2、福射面可達(dá)IOOmmX 100mm,溫度非均勻性小于0.2°C,而且半導(dǎo)體制冷片單片工作功耗僅約30W，整個面源黑體功耗不超過150W，能耗低，節(jié)約能源。
[0020]3、本實用新型采用黑體輻射面組件與繼電器組合及溫控儀組成的控制部分成一體設(shè)計在一個殼體里，在殼體外的上部有一個寬柄把手，結(jié)構(gòu)緊湊，移動方便。
[0021]4、因為本實用新型將黑體輻射面組件與繼電器組合及溫控儀組成的控制部分成一體設(shè)計，因此相對于市面上現(xiàn)有面黑體輻射源而言，具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，整體尺寸可小到僅為 107mm (L) X 184 mm (W) X 236 mm (H)，重量為 5kg。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型去掉殼體的頂板和側(cè)板后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為黑體輻射面組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為圖2去掉輻射面之后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本實用新型電氣控制原理圖。
[0026]圖5為本實用新型前面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中，1、黑體輻射面組件，101、輻射面，102、散熱器，103、熱電偶，104、半導(dǎo)體制冷片組，2、支架，3、繼電器組，4、殼體前面板，5、數(shù)顯溫控儀，6、后面板，7，電源開關(guān)，8、風(fēng)扇，
9、插座，10、電源I旲塊，11、螺釘孔，12、把手。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進(jìn)一步具體詳細(xì)的說明。
[0029]如圖1-4所示，一種面輻射源黑體，包括黑體輻射面組件1、數(shù)顯溫控儀5 (也就是圖4中的wk)、為黑體輻射面組件I及數(shù)顯溫控儀5提供電力的電源模塊10以及接受數(shù)顯溫控儀5的指令進(jìn)行通斷的繼電器組3，所述的黑體輻射面組件I包括輻射面101、半導(dǎo)體制冷片組104、散熱系統(tǒng)以及熱電偶103，半導(dǎo)體制冷片組104夾在輻射面101和散熱系統(tǒng)之間，用于檢測輻射面101溫度的熱電偶103與數(shù)顯溫控儀5相連接，所述的半導(dǎo)體制冷片組104通過由數(shù)顯溫控儀5控制的繼電器組3與電源模塊10連接，數(shù)顯溫控儀5根據(jù)熱電偶103傳遞過來的熱信號，藉由繼電器組3的通斷切換施加在半導(dǎo)體制冷片組104上的電流方向，從而控制半導(dǎo)體制冷片104制冷或制熱的狀態(tài)，從而最終對輻射面101的溫度進(jìn)行控制，以保證其溫度的均勻和恒定。
[0030]所述的散熱系統(tǒng)包括散熱器102和風(fēng)扇8，所述的風(fēng)扇8與電源模塊10連接。
[0031]所述的繼電器組包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器，其中第一繼電器和第四繼電器的控制端與數(shù)顯溫控儀的一對溫控輸出接線腳連接，第二繼電器和第三繼電器的控制端與數(shù)顯溫控儀的另外一對溫控輸出接線腳連接，所述半導(dǎo)體制冷片組104的一側(cè)引線通過第一繼電器和第三繼電器分別連接至電源模塊10輸出端的正極和負(fù)極，半導(dǎo)體制冷片組104的另一側(cè)引線通過第二繼電器和第四繼電器分別連接至電源模塊10輸出端的正極和負(fù)極。
[0032]如圖5所示，本實施方式所述的數(shù)顯溫控儀采用的是UT150溫控儀，繼電器組為四個固態(tài)繼電器即第一固態(tài)繼電器kl、第二固態(tài)繼電器k2，第三固態(tài)繼電器k3和第四固態(tài)繼電器k4，第二固態(tài)繼電器k2和第三固態(tài)繼電器k3的輸入端正極分別與數(shù)顯溫控儀的溫控輸出接線腳的正極(本實施方式為第14接腳)相連接，第二固態(tài)繼電器k2和第三固態(tài)繼電器k3的輸入端負(fù)極分別與數(shù)顯溫控儀的同一對溫控輸出接線腳的負(fù)極(本實施方式為第15接腳)相連接，第二固態(tài)繼電器k2的輸出端正極與電源模塊10的正極相連接，第二固態(tài)繼電器k2的輸出端負(fù)極與半導(dǎo)體制冷片組104的正極相連接，半導(dǎo)體制冷片組104的負(fù)極與第三固態(tài)繼電器k3的輸出端正極相連接,第三固態(tài)繼電器k3的輸出端負(fù)極與電源模塊10的負(fù)極相連接；第一固態(tài)繼電器kl和第四繼電器的輸入端正極分別與數(shù)顯溫控儀的另一對溫控輸出接線腳的正極(本實施方式為第I接腳)相連接，第一固態(tài)繼電器kl和第四繼電器k4的輸入端負(fù)極分別與數(shù)顯溫控儀的同一對溫控輸出接線腳的負(fù)極(本實施方式為第2接腳)相連接，第一固態(tài)繼電器kl的輸出端正極與電源模塊10的正極相連接，第一固態(tài)繼電器kl的輸出端負(fù)極與半導(dǎo)體制冷片組104的負(fù)極相連接，半導(dǎo)體制冷片組104的正極與第四固態(tài)繼電器k4的輸出端正極相連接，第四固態(tài)繼電器k4的輸出端負(fù)極與電源模塊10的負(fù)極相連接，所述電源模塊10內(nèi)設(shè)有變壓器，其可將外部AC220V轉(zhuǎn)化為+24V作為輸出電壓，為黑體輻射面組件I及數(shù)顯溫控儀5提供電能源。
[0033]所述的半導(dǎo)體制冷片組104中設(shè)有四片呈田字形排列的半導(dǎo)體制冷片，所述的熱電偶103設(shè)置在四片半導(dǎo)體制冷片的交界處。
[0034]所述的四片半導(dǎo)體制冷片兩個一組，分別串聯(lián)后，兩組之間并聯(lián)連接，如圖4，R1-R4即為所述的四片半導(dǎo)體制冷片。
[0035]這樣，當(dāng)熱電偶103 (即圖4中的T)測量到的溫度低于設(shè)定溫度時，第二固態(tài)繼電器k2和第三固態(tài)繼電器k3導(dǎo)通，半導(dǎo)體制冷片組正向?qū)?，開始加熱；當(dāng)熱電偶103測量到的溫度等于設(shè)定溫度時，四個繼電器全部關(guān)斷，輻射面101保持此時的溫度；當(dāng)熱電偶103測量到的溫度高于設(shè)定溫度時，第一固態(tài)繼電器kl和第四固態(tài)繼電器k4導(dǎo)通，半導(dǎo)體制冷片組104反向?qū)ㄩ_始制冷，并結(jié)合散熱器和風(fēng)扇的使用開始對輻射面進(jìn)行降溫制冷，從而實現(xiàn)對輻射面溫度的控制。
[0036]還包括一個殼體，所述的黑體輻射面組件1、數(shù)顯溫控儀5、電源模塊10、以及繼電器組合3均設(shè)置在該殼體內(nèi)。數(shù)顯溫控儀5、電源模塊10、以及繼電器組3分別安裝在作為支架2的夾板的上下兩側(cè)，由夾板為它們提供支撐；黑體輻射面組件I中，散熱熱系統(tǒng)的風(fēng)扇固定在殼體后面板上，如圖1所示，其可將設(shè)置于其前面的散熱器102散發(fā)的熱量吹出殼體，為設(shè)備提供強(qiáng)制風(fēng)冷散熱，散熱器采用導(dǎo)熱性好、易加工的鋁散熱片進(jìn)行散熱；半導(dǎo)體制冷片組104夾在散熱器和輻射面101之間，呈三明治結(jié)構(gòu)，輻射面101采用金屬材料紫銅做基板，本實施例輻射源表面采用V型槽，用高發(fā)射率的涂料噴涂輻射面，涂料后輻射面的輻射系數(shù)約為0.96，且為全波段輻射，如圖5所示，在殼體前面板輻射面的四周分布有四個螺釘孔11，可用來安裝紅外準(zhǔn)直系統(tǒng)，從而輸出平行光，用以檢測各種紅外成像裝置的性倉泛。
[0037]在殼體的頂部還設(shè)有把手12，便于攜帶移動。
【權(quán)利要求】
1.一種面輻射源黑體，包括黑體輻射面組件(I)、數(shù)顯溫控儀(5)、為黑體輻射面組件(I)及數(shù)顯溫控儀(5)供電的電源模塊(10)以及接受數(shù)顯溫控儀(5)的指令進(jìn)行通斷的繼電器組(3)，其特征在于:所述的黑體輻射面組件(I)包括輻射面(101)、半導(dǎo)體制冷片組(104)、散熱系統(tǒng)以及熱電偶(103)，半導(dǎo)體制冷片組(104)夾在輻射面(101)和散熱系統(tǒng)之間，用于檢測輻射面(101)溫度的熱電偶(103)與數(shù)顯溫控儀(5)相連接，所述的半導(dǎo)體制冷片組(104)通過由數(shù)顯溫控儀(5)控制的繼電器組(3)與電源模塊(10)連接，并藉由繼電器組(3)的通斷切換施加在半導(dǎo)體制冷片組(104)上的電流方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:所述的散熱系統(tǒng)包括散熱器(102)和風(fēng)扇(8)，所述的風(fēng)扇(8)與電源模塊(10)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:所述的繼電器組包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器，其中第一繼電器和第四繼電器的控制端與數(shù)顯溫控儀的一對溫控輸出接線腳連接，第二繼電器和第三繼電器的控制端與數(shù)顯溫控儀的另外一對溫控輸出接線腳連接，所述半導(dǎo)體制冷片組(104)的一側(cè)引線通過第一繼電器和第三繼電器分別連接至電源模塊(10)的正極和負(fù)極，半導(dǎo)體制冷片組(104)的另一側(cè)引線通過第二繼電器和第四繼電器分別連接至電源模塊(10)的正極和負(fù)極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:所述的第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器均為固態(tài)繼電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:所述電源模塊(10)的輸出電壓為24V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:所述的半導(dǎo)體制冷片組(104)中設(shè)有四片呈田字形排列的半導(dǎo)體制冷片，所述的熱電偶(103)設(shè)置在四片半導(dǎo)體制冷片的交界處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:所述的四片半導(dǎo)體制冷片兩個一組，分別串聯(lián)后，兩組之間并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種面輻射源黑體，其特征在于:還包括一個殼體，所述的黑體輻射面組件(I)、數(shù)顯溫控儀(5)、電源模塊(10)、以及繼電器組(3)均設(shè)置在殼體內(nèi)。
【文檔編號】G01J5/00GK203858033SQ201420165476
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】閔志宇, 周海龍, 戴建廣, 李龍星, 沈俊芳, 康莉, 石念峰, 王國強(qiáng), 方世杰 申請人:洛陽理工學(xué)院