CN115435593B - 一种高温材料发射率测试用样品加热炉 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学计量测试技术领域，公开了一种高温材料发射率测试用样品加热炉，其包括：炉体，炉体内水平设置石墨管，石墨管中央装夹石墨加热板，把石墨管分成两个对称的涂黑腔体，两侧腔体温度相同，一侧用于炉体内温度测量，另一侧作为样品加热腔对样品进行加热。本发明样品辐射加热，满足样品高精度加热的同时有效抑制腔体效应；采用石墨板热传导和石墨管腔体热辐射共同加热方式对样品进行加热，石墨管采用锥形设计，优化加工不等厚管壁，石墨管内部温差小于0.1℃，实现样品快速均匀加热。
Description
技术领域
本发明属于光学计量测试技术领域，涉及一种高温材料发射率测试用样品加热炉，尤其涉及一种温度范围为1273K～3100K的高温材料发射率测试用样品加热炉。
背景技术
材料发射率是描述物体热辐射特性的重要参数，主要用于红外辐射特性测试、红外隐身评估等方面。例如，利用辐射原理测量物体温度时，需要知道物体表面材料和涂层的发射率，如红外热像仪、红外测温仪等，使用时都必须输入发射率参数。红外隐身方面，军事上通过研制低发射率材料和涂层，减少军事目标的红辐射，降低被对方红外光学探测/跟踪系统的概率，提高自身的防御和生存能力。对红外隐身性能评估时需精确测量红外隐身材料发射率。多年来，各国学者进行了大量深入研究，提出了很多测量方法，研制了种类繁多的测量设备，得到大量热物性数据，但测量的温度范围大多集中于中低温段，1273K以上的温度范围较少涉及。
样品加热炉用于放置样品，并对样品进行温控。常用的样品加热采用镍铬合金丝，但镍铬合金丝的熔点为2673K。部分研究机构采用激光能量超过3KJ级短波红外大功率激光器对样品材料进行加热，在材料反射方向测试其光谱反射率从而得到光谱发射率，该方法虽然简单，易于实现，由于受激光器加热均匀性的影响，光谱发射率测量不确定度比较差，达到了10％。中国专利公告号CN 107782717A公开了固体材料高温方向光谱发射率测量装置及其应用，其中样品加热炉由铝制外壳、保温层、电加热组件、传热铜板、样片、样片盖、内槽式水冷板和测温热电偶组成。测量时样片放置在传热铜板的样片槽中，由于使用的电加热组件为陶瓷加热片电加热组件，最高温度只能到1200K。测量时样品表面距离炉口面有一定距离，腔体效应影响测量精度。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对高精度材料光谱发射测量需求，提供一种高温材料发射率测试用样品加热炉。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温材料发射率测试用样品加热炉，其包括炉体、控温辐射温度计和温控器。
所述炉体采用电加热的方式，由石墨加热板、水冷电极、石墨坩埚、高速线性执行器和石墨管组成。其中石墨加热板两端连接水冷电极，石墨坩埚通过楔形石墨压紧片实现材料样品的装夹，在高速线性执行器控制下在石墨管中移动，实现样品加热与辐射测试两种模式的快速切换。石墨管中央装夹石墨加热板，把石墨管分成两个对称的涂黑腔体，两侧腔体温度相同，一侧用于温度控制，另一侧作为样品加热腔。为防止石墨高温氧化，石墨管进行抽真空及充氩气处理，并安装窗片。
控温辐射温度计采用辐射测温机理，为温控器提供样品加热腔实时温度电信号值，以便温控器围绕着设定温度值，对加热功率进行控制。
温控器根据所设定的温度值，根据控温辐射温度计反馈信号调节电加热功率对炉体的水冷电极通电加热，同时为炉体提供水冷循环和抽真空充氩气的控制操作。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的高温材料发射率测试用样品加热炉，具有以下有益效果：
(1)设计可移动样品加热用石墨坩埚，通过楔形石墨压紧片将样品固定在坩埚内，样品加热时，石墨坩埚紧贴在石墨加热板表面，样品辐射测量时，采用高速线性执行器将位于坩埚内的样品快速推到炉口处，在满足样品高精度加热的同时有效抑制腔体效应。
(2)采用石墨板热传导和石墨管腔体热辐射共同加热方式对样品进行加热，石墨管采用锥形设计，优化加工不等厚管壁，石墨管内部温差小于0.1℃，实现样品快速均匀加热。
附图说明
图1是本发明一种高温材料发射率测试用样品加热炉组成图。
图2是本发明一种高温材料发射率测试用样品加热炉炉体俯视结构图。
图3是本发明一种高温材料发射率测试用样品加热炉炉体侧视结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1至图3所示，本实施例高温材料发射率测试用样品加热炉包括炉体1，炉体1内水平设置石墨管8，石墨管8中央装夹石墨加热板4，把石墨管8分成两个对称的涂黑腔体，两侧腔体温度相同，一侧用于炉体1内温度测量，另一侧作为样品加热腔对样品进行加热。
石墨管8另一侧布置石墨坩埚6，样品加热时，石墨坩埚6紧贴在石墨加热板4侧面表面，样品布置在石墨坩埚6里，通过辐射传热实现样品加热。
石墨管8一侧布置控温辐射温度计2，用于测量炉体1内温度。
控温辐射温度计2连接温控器3，温控器3根据控温辐射温度计2所测的温度与设定温度的差值调节输出功率，调整对石墨加热板4的加热功率，对样品加热腔的加热温度进行控制。
炉体1为封闭柱体结构，顶部设置可拆卸的顶盖，以便于样品更换。炉体1采用基于石墨元件的直接电阻加热原理，石墨加热板4两端分别连接水冷电极5，通过温控器3给水冷电极5提供大交流电流和低电压供电，对石墨加热板4进行通电加热。
在加热功率不变的条件下，不同结构的石墨加热板4对炉体可达到的温度上限有决定性作用，本实施例结合3100K的加热温度要求及被加热样品尺寸，设计石墨加热板4为圆柱块状，直径Φ50mm。
石墨坩埚6底部连接高速线性执行器7，通过楔形石墨压紧片将样品固定在石墨坩埚6内，样品辐射测量时，高速线性执行器7外推石墨坩埚6，将位于石墨坩埚6内的样品快速推到样品加热腔一侧的炉口处。
石墨管8两端均延伸密闭锥形腔结构，每端密闭锥形腔结构的长径比为5：1，减小局部截面积，从而增大局部电阻，增大局部发热量，弥补石墨管8靠近出口位置的散热损失。为防止石墨高温氧化，温控器3对石墨管8进行抽真空及充氩气处理，并在石墨管8出口安装窗片。
工作时，调节光学成像系统，使得控温辐射温度计2聚焦在石墨加热板4中心位置完成炉体1温度测量，为温控器3提供炉体实时温度电信号值，以便温控器3根据控温辐射温度计2所测的温度与设定温度的差值调节输出功率，对炉体1加热功率进行控制。
温控器3为炉体1提供水冷循环和抽真空充氩气的控制操作：冷却水温度控制在290K左右，流量为5L/min。样品加热前，首先对炉体1内进行抽真空，然后对石墨管8内充氩气，重复3次，确保炉体1内为纯净的氩气环境。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高温材料发射率测试用样品加热炉，其特征在于，包括：炉体(1)，炉体(1)内水平设置石墨管(8)，石墨管(8)中央装夹石墨加热板(4)，把石墨管(8)分成两个对称的涂黑腔体，两侧腔体温度相同，一侧用于炉体(1)内温度测量，另一侧作为样品加热腔对样品进行加热；
所述石墨管(8)另一侧布置石墨坩埚(6)，样品加热时，石墨坩埚(6)紧贴在石墨加热板(4)侧面表面，样品布置在石墨坩埚(6)里，通过辐射传热实现样品加热；
所述石墨管(8)一侧布置控温辐射温度计(2)，用于测量炉体(1)内温度；
所述控温辐射温度计(2)连接温控器(3)，温控器(3)根据控温辐射温度计(2)所测的温度与设定温度的差值调节输出功率，调整对石墨加热板(4)的加热功率，对样品加热腔的加热温度进行控制。
2.如权利要求1所述的高温材料发射率测试用样品加热炉，其特征在于，所述炉体(1)为封闭柱体结构，顶部设置可拆卸的顶盖，用于样品更换。
3.如权利要求2所述的高温材料发射率测试用样品加热炉，其特征在于，所述石墨加热板(4)两端分别连接水冷电极(5)，通过温控器(3)给水冷电极(5)提供大交流电流和低电压供电，对石墨加热板(4)进行通电加热。
4.如权利要求3所述的高温材料发射率测试用样品加热炉，其特征在于，所述石墨坩埚(6)底部连接高速线性执行器(7)，通过楔形石墨压紧片将样品固定在石墨坩埚(6)内，样品辐射测量时，高速线性执行器(7)外推石墨坩埚(6)，将位于石墨坩埚(6)内的样品推到样品加热腔一侧的炉口处。
5.如权利要求4所述的高温材料发射率测试用样品加热炉，其特征在于，所述石墨管(8)两端均延伸密闭锥形腔结构，每端密闭锥形腔结构的长径比为5：1。
6.如权利要求5所述的高温材料发射率测试用样品加热炉，其特征在于，所述温控器(3)控制对石墨管(8)进行抽真空及充氩气处理。
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的高温材料发射率测试用样品加热炉在光学计量测试技术领域中的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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