一种近场热辐射实验测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种近场热辐射实验测量装置,涉及辐射换热测试技术领域，解决的技术问题是实现在微纳米尺度下准确测量近场热辐射换热量，测量时横向热辐射损失小且机械结构简单，该装置包括：上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）、密封底盘装置（3）、真空罩（4）、还包括测量单元（5）、测距光纤（6），所述测量单元（5）安放在所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）之间，所述测距光纤（6）贯穿所述上位移加载装置（1）止于所述测量单元（5）上，通过光谱的分析可获得检测样品间隙的距离。本发明专利技术测量时横向热辐射损失小，可采用两种方式调节样品间距且间距可调控范围大，实现了在微纳米尺度下准确测量近场热辐射换热量。

An experimental device for near field thermal radiation measurement

The invention discloses a near-field thermal radiation measuring device relates to the technical field of heat exchange, radiation test, solve the technical problems of implementation in the micro nano scale accurate measurement of near field thermal radiation heat transfer, when measuring the transverse thermal radiation loss is small and simple mechanical structure, which comprises upper shift loading device (1), the displacement loading device (2), sealing device, chassis (3) vacuum cover (4), also includes a measuring unit (5), location (6), the optical fiber measurement unit (5) placed on the displacement loading device (1), the displacement and the loading device (2) between the ranging optical fiber (6) through the displacement loading device (1) to check the measurement unit (5), through spectrum analysis can obtain samples and the distance of the gap. The present invention has small transverse heat radiation loss, and can adjust the sample spacing in two ways, and the distance can be controlled in a large range, so that the near field heat radiation heat exchange can be accurately measured at the micro nano scale.

【技术实现步骤摘要】
一种近场热辐射实验测量装置
本专利技术涉及辐射换热测试
，具体涉及一种近场热辐射实验测量装置,包括：上位移加载装置、下位移加载装置、密封底盘装置、真空罩、测量单元、测距光纤。
技术介绍
自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。物质中电子和粒子不断进行热振动使得物质会不断地辐射出电磁波。由热产生的电磁波辐射称为热辐射，波长范围为0.1μm-100μm。近场热辐射是指微纳米尺度下热辐射量增强的现象，该现象无法用斯忒藩-玻尔兹曼定律解释，以及与普朗克黑体辐射定律有偏差。其中辐射远近场的概念分别为：两物体距离远大于辐射主波长时，辐射能量交换可用辐射传递方程（RTE）或普朗克黑体分布描述，热辐射被抽象为粒子、光子；两物体间的距离足够小（微纳米尺度），存在波属性，只能由麦克斯韦方程描述。能否产生近场辐射的一个简单判断条件是：两物体间的距离小于其中该温度下最大黑体辐射力对应的波长λmax（由维恩位移定律给出）。在常温300K时，黑体最大辐射力对应波长为10μm量级。近场热辐射在热管理中具有着相当大的潜力，许多学者已经在这方面做了大量的研究，其中理论研究采用随机麦克斯韦方程结合涨落耗散定律、并矢格林函数等方法结合去探索其中机理。然而，理论计算只能预测一些简单的几何体的近场辐射换热，一般的理论辐射传热模型结构有平行平板、球和平板以及两个同心圆桶等的简单结构。对于复杂几何的近场热辐射，尚未有完善的理论分析方法。在实验测量近场热辐射方面，早期限于技术水平并未得到广泛的研究，直至90年代才开始利用微加工技术制作出微型针状探测器对近场热辐射进行深入实验研究，至今，扫描探针技术仍为微纳米尺度辐射传热测量实验中重要的方法。近场热辐射的实验测量通常需要再真空条件下进行，实验组需要同时具备热辐射的发射器和接收器，并且在实验中需要将发射器和吸收器放置到间距为微米或者纳米的相对位置，这是该实验测量中的重点和难点问题。目前近场热辐射测量装置主要有三类型：第一类是利用改装的扫描探针作为发射器进行微球与平板或微球与微球间的近场热辐射测量，距离可达到纳米级，但在工程实践中，平板间的近场热辐射更具研究价值与实用性。第二类采用传统机械装置结合微机电系统器件，如利用步进电机、差动螺钉等调节发射器与接收器间的距离，一般研究平板与平板间的近场热辐射，间距一般在亚微米到毫米间，缺点是以差动螺钉控制位移时，其分辨率最高在1微米左右难以达到纳米级别且机械结构复杂。第三类是使用微纳米机电系统加工的装置，如悬空薄膜结构、微执行器结构，其中微执行器结构利用热膨胀的原理控制两微小平面的间距，从而研究相应的近场热辐射现象，缺点是结构与制造工艺复杂，需要预先进行力学等形变分析。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术解决的技术问题是实现在微纳米尺度下准确测量近场热辐射换热量，测量时横向热辐射损失小且机械结构简单。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是一种近场热辐射实验测量装置，一种近场热辐射实验测量装置,包括：上位移加载装置、下位移加载装置、密封底盘装置、真空罩、测量单元和测距光纤，滑动螺杆依次从上至下连接所述上位移加载装置、下位移加载装置、密封底盘装置，滚珠套筒套装在所述滑动螺杆上对所述下位移加载装进行相对移动限位，所述真空罩罩住所述上位移加载装置、下位移加载装置并置于所述密封底盘上，所述测量单元安放在所述上位移加载装置、下位移加载装置之间，所述测距光纤贯穿所述上位移加载装置止于所述测量单元上；所述上位移加载装置包括上支架、上加载板、压缩弹簧、T型台和螺杆，所述螺杆位于所述上支架中央从上而下螺纹穿过所述上支架顶住所述上加载板并可通过螺纹上下移动，所述上加载板、压缩弹簧、T型台依次相接，滑动螺杆穿过滚珠套筒17对所述T型台相对限位并固定在所述上支架下；所述下位移加载装置包括压电驱动器、角度调节器、基板、定向钢球压力传感器和下支架，所述压电驱动器、角度调节器、基板、定向钢球压力传感器、下支架依次相连，所述滑动螺杆穿过滚珠套筒对所述基板进行相对限位并穿过所述基板、下支架并固定在底盘面板上；所述密封底盘装置3包括底盘面板、水平仪调节杆、底盘底板、液压缸、压力动力源、密封器与导线连接器和真空抽放气管，所述底盘面板、水平仪调节杆、底盘底板依次相连，所述压力动力源置于所述底盘底板上，其上顶着所述液压缸，所述液压缸穿过所述底盘面板与所述下支架底面相接，所述密封器与导线连接器和所述真空抽放气管均穿过所述底盘面板上。所述测量单元包括加热器与铜热拓展板、导热垫、导热垫、上样品夹持器、下样品夹持器、热流计与热电装置、温度传感器和铜增高台，所述加热器与铜热拓展板、导热垫、上样品夹持器依次相贴，所述下样品夹持器、导热垫、热流计与热电装置、所述铜增高台依次相贴，所述温度传感器设置在所述铜增高台两边并且左右对称。进一步，所述加热器与铜热拓展板与所述铜增高台表面进行镀金或镀铝处理。进一步地，所述的加热器与铜热拓展板侧面打有测温孔，热电偶应嵌入到测温孔最深处。进一步地，所述上样品夹持器、下样品夹持器可根据实验需要而用高精度光学平板替代。本实施方式中，通过所述上样品夹持器、下样品夹持器对平板状样品进行夹持且样品尺寸要根据所述上样品夹持器、下样品夹持器大小进行裁剪，样品测量前需要进行表面处理从而达到合适的粗糙度和平面度；所述上样品夹持器、下样品夹持器也可以使用高精度光学平板进行替换，优选地，所述高精度光学平板表面弯曲的不平整度小于50nm，然后再在高精度光学平板上喷涂或刻蚀待测试的材料。所述测距光纤用于测量被测平行样品间的间距，测量原理为光学干涉度量法,通过光谱的分析可获得间隙的距离，测距方法不限于采用测距光纤，也可采用电容或隧道电流法等。采用本专利技术的技术方案可取得以下有益效果：1、通过在测量单元上的相关部件进行了镀金或镀铝表面处理，使其表面辐射吸收率减低，减少实验测量时环境的影响，实现了测量时横向热辐射损失小，从而趋向一维热传递。2、通过位移-加载系统的设计，两试样间的间距可采用两种方式进行调控，从而使得可调控的范围大大增加。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是测量单元的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本专利技术的限定。图1、图2示出了本专利技术的结构，一种近场热辐射实验测量装置,包括上位移加载装置1、下位移加载装置2、密封底盘装置3、真空罩4、测量单元5和测距光纤6，滑动螺杆7依次从上至下连接所述上位移加载装置1、下位移加载装置2、密封底盘装置3，滚珠套筒8套装在所述滑动螺杆7上对所述下位移加载装置2进行相对移动限位，所述真空罩4罩住所述上位移加载装置1、下位移加载装置2并置于所述密封底盘3上，所述测量单元5安放在所述上位移加载装置1、下位移加载装置2之间，所述测距光纤6贯穿所述上位移加载装置1止于所述测量单元5上；所述上位移加载装置1包括上支架11、上加载板12、压缩弹簧13、T型台14和螺杆15，所述螺杆15位于所述上支架11中央从上而下螺纹穿过所述上支架11顶住所述上加载板12并可通过螺纹上下移动，所述上加载板12、压缩弹簧13、T型台14依次相接，滑动螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近场热辐射实验测量装置，包括：上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）、密封底盘装置（3）和真空罩（4），滑动螺杆（7）依次从上至下连接所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）、密封底盘装置（3），滚珠套筒（8）套装在所述滑动螺杆（7）上对所述下位移加载装置（2）进行相对移动限位，所述真空罩（4）罩住所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）并置于所述密封底盘（3）上，其特征在于：还包括测量单元（5）、测距光纤（6），所述测量单元（5）安放在所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）之间，所述测距光纤（6）贯穿所述上位移加载装置（1）止于所述测量单元（5）上，通过光谱的分析可获得检测样品间隙的距离。

【技术特征摘要】
1.一种近场热辐射实验测量装置，包括：上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）、密封底盘装置（3）和真空罩（4），滑动螺杆（7）依次从上至下连接所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）、密封底盘装置（3），滚珠套筒（8）套装在所述滑动螺杆（7）上对所述下位移加载装置（2）进行相对移动限位，所述真空罩（4）罩住所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）并置于所述密封底盘（3）上，其特征在于：还包括测量单元（5）、测距光纤（6），所述测量单元（5）安放在所述上位移加载装置（1）、下位移加载装置（2）之间，所述测距光纤（6）贯穿所述上位移加载装置（1）止于所述测量单元（5）上，通过光谱的分析可获得检测样品间隙的距离。2.根据权利要求1所述的近场热辐射实验测量装置，其特征在于：所述上位移加载装置（1）包括上支架（11）、上加载板（12）、压缩弹簧（13）、T型台（14）和螺杆（15），所述螺杆（15）位于所述上支架（11）中央从上而下螺纹穿过所述上支架（11）顶住所述上加载板（12）并可通过螺纹上下移动，所述上加载板（12）、压缩弹簧（13）、T型台（14）依次相接，滑动螺杆（16）穿过滚珠套筒（17）对所述T型台（14）相对限位并固定在所述上支架（11）下。3.根据权利要求1所述的近场热辐射实验测量装置，其特征在于：所述下位移加载装置（2）包括压电驱动器（21）、角度调节器（22）、基板（23）、定向钢球压力传感器（24）和下支架（25），所述压电驱动器（21）、角度调节器（22）、基板（23）、定向钢球压力传感器（24）、下支架（25）依次相连，所述滑动螺杆（7）穿过所述滚珠套筒（8）对所述基板（23）进行相对限位并穿过所述基板（23）、下支架（25）并固定在底盘面板（31）上。4.根据权利要求1所述的近场热辐射实验测量装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，冼耀琪，袁朋，曾建华，翟四平，肖经，杨道国，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45