材料低温半球发射率的测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及材料发射率测量技术领域，尤其涉及一种材料低温半球发射率的测试系统及方法。该材料低温半球发射率的测试系统包括测试装置、真空泵、制冷装置以及控温装置，真空泵和制冷装置分别与测试装置相连，测试装置包括真空罩、屏蔽罩、辐射屏罩以及悬挂设置在辐射屏罩内部的样品台，样品台包括电加热片以及分别设置在电加热片两侧的两个金属片，各金属片背向电加热片的一侧分别设有被测样品涂层，且各金属片上分别设有温度计，电加热片和各温度计分别与控温装置相连。本发明专利技术提供的材料低温半球发射率的测试系统，可实现10K到300K材料的平均半球发射率的连续测量，可测量温度范围更大，进而提高了测量准确度。进而提高了测量准确度。进而提高了测量准确度。

【技术实现步骤摘要】
材料低温半球发射率的测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及材料发射率测量
，尤其涉及一种材料低温半球发射率的测试系统及方法。

技术介绍

[0002]辐射传热是低温环境下的主要传热模式，热发射率是表征材料热辐射特性的重要参数。通常需要低温下的热发射率来计算辐射能和红外背景辐射。实际物体的辐射与黑体的辐射不同，只要物体的表面温度高于0K，它就会在表面上方的半球空间中沿不同方向发射不同波长的辐射能，并且还会从各个方向吸收辐射能。材料的发射率定义为在同一温度下，实际物体每单位时间和单位面积在所有波长下发射到半球空间的总能量与黑体辐射的总能量之比。由于实际物体的辐射强度随波长和空间方向而变化，发射率可分为光谱发射率，定向发射率和平均半球发射率。
[0003]在航空航天领域中，热发射率是衡量辐射涂层热防护设计的关键参数，它会极大地影响组件的工作效率和使用寿命。在卫星探测器和大型低温系统的设计中，测量低温下金属和红外涂层的热发射率至关重要。但是，准确测量金属和涂层的低温热发射率是一个巨大的挑战，因为低温下的热辐射波长主要在20μm以上，并且背景辐射会带来很大的不确定性。
[0004]目前，现有技术中，对发射率的可测量温区较窄，无法实现样品温度降至10K的平均半球发射率的测量，而且测量时严重依赖于液氦和液氮等低温液体降温，造成低温液体的浪费，测试流程繁琐。此外，现有测量装置中样品尺寸固定并且面积比较大，不利于稀缺、昂贵的样品材料的平均半球发射率测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术提出一种材料低温半球发射率的测试系统，能够实现10K到300K材料的平均半球发射率的连续测量，可测量温度范围更大，进而提高了测量准确度。
[0007]本专利技术还提出一种材料低温半球发射率的测试方法。
[0008]根据本专利技术第一方面实施例的材料低温半球发射率的测试系统，包括测试装置、真空泵、制冷装置以及控温装置，所述真空泵和所述制冷装置分别与所述测试装置相连；所述测试装置包括真空罩、设置在所述真空罩内部的屏蔽罩、设置在所述屏蔽罩内部的辐射屏罩以及悬挂设置在所述辐射屏罩内部的样品台，所述样品台包括电加热片以及分别设置在所述电加热片两侧的两个金属片，各所述金属片背向所述电加热片的一侧分别设有被测样品涂层，且各所述金属片上分别设有温度计，所述电加热片和各所述温度计分别与所述控温装置相连。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，所述制冷装置包括制冷机以及与所述制冷机连接的压缩机；所述测试装置的底部设有底座支架，所述制冷机安装于所述底座支架上，所述制冷机
的一级冷头穿过所述真空罩与所述屏蔽罩的底部相连，所述制冷机的二级冷头穿过所述屏蔽罩与所述辐射屏罩的底部相连。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，还包括机械热开关装置，所述机械热开关装置包括调节杆、固定盘和夹持机构，所述固定盘固定安装于所述真空罩的外部上方，所述夹持机构设置于所述辐射屏罩的内部；
[0011]所述调节杆包括从上至下依次设置的调节杆上部、调节盘和调节杆下部，所述调节盘设置于所述真空罩的内部，所述调节杆上部的下端与所述调节盘固定连接，所述调节杆上部的上端穿过所述真空罩与所述固定盘螺纹连接，所述调节杆下部的上端与所述调节盘转动连接，所述调节杆下部的下端依次穿过所述屏蔽罩、所述辐射屏罩与所述夹持机构固定连接；所述调节杆下部对应所述屏蔽罩的顶板的位置处固设有限位块，所述屏蔽罩的顶板设有限制所述限位块进行上下移动的限位槽；
[0012]所述夹持机构包括两个定位板、两个第一连接板、两个第二连接板、两个夹持部以及一个固定部，所述固定部与所述调节杆下部的下端固定相连，所述固定部通过第一转动轴分别与两个所述第一连接板的上端转动连接，两个所述第一连接板的下端分别通过第二转动轴与两个所述第二连接板的上端对应转动连接，两个所述第二连接板通过第三转动轴相互交叉转动连接，两个所述第二连接板的下端分别与两个所述夹持部对应固定连接；两个所述定位板的上端分别与所述辐射屏罩的顶板固定连接，两个所述定位板的下端分别与所述第三转动轴的两端对应固定连接。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，还包括两个金属编织带，两个所述金属编织带的上端分别与所述辐射屏罩的顶板连接，两个所述金属编织带的下端分别与两个所述夹持部对应连接。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，所述样品台通过纤维线与所述辐射屏罩的顶板悬挂连接；在所述样品台的上方还设有补偿片，所述纤维线包括第一纤维线和第二纤维线，所述第一纤维线的两端分别与所述样品台、所述补偿片对应连接，所述第二纤维线的两端分别与所述补偿片、所述辐射屏罩的顶板对应连接。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，所述温度计包括设置于所述被测样品涂层上的第一温度计，以及环绕设置于所述被测样品涂层四周的所述金属片上的第二温度计。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述辐射屏罩的内侧壁设有超黑涂层。
[0017]根据本专利技术的一个实施例，还包括真空计，所述真空罩的顶部分别设有检测口和抽气口，所述真空计通过检测管路与所述检测口相连，所述真空泵通过抽气管路与所述抽气口相连。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，还包括计算机，所述控温装置与所述计算机相连。
[0019]根据本专利技术第二方面实施例的材料低温半球发射率的测试方法，该方法采用上述实施例的材料低温半球发射率的测试系统，该方法具体包括如下步骤：
[0020]在样品台上设置被测样品涂层，在所述样品台上布置温度计，然后将所述样品台安装于辐射屏罩的内部；
[0021]开启真空泵，对测试装置的内部进行抽真空；
[0022]开启制冷装置，对所述测试装置的内部进行降温；
[0023]操作机械热开关装置，使两个夹持部分别与所述样品台接触，以使辐射屏罩的冷
量快速传递至所述样品台；
[0024]待所述样品台的温度稳定后，操作所述机械热开关装置，使两个所述夹持部分别与所述样品台分离；
[0025]通过控温装置控制电加热片的加热温度，用以对样品台上的被测样品涂层进行控温；
[0026]采集所述电加热片的加热功率以及温度计的测量温度，然后计算获取被测样品的发射率。
[0027]本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
[0028]本专利技术实施例的材料低温半球发射率的测试系统，将真空泵和制冷装置分别与测试装置相连，通过真空泵能够对测试装置的内部进行抽真空，通过制冷装置能够对测试装置的内部进行降温，其中测试装置包括真空罩、屏蔽罩、辐射屏罩以及悬挂设置在辐射屏罩内部的样品台，样品台包括电加热片以及设置在电加热片两侧的金属片，在金属片上设有被测样品涂层，并且在金属片上设有温度计，将被测样品涂层作为发射端，将辐射屏罩作为吸收端，在测试过程中，通过控温装置能够控制电加热片的加热温度，进而通过电加热片加热发射端，热量通过辐射传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料低温半球发射率的测试系统，其特征在于：包括测试装置、真空泵、制冷装置以及控温装置，所述真空泵和所述制冷装置分别与所述测试装置相连；所述测试装置包括真空罩、设置在所述真空罩内部的屏蔽罩、设置在所述屏蔽罩内部的辐射屏罩以及悬挂设置在所述辐射屏罩内部的样品台，所述样品台包括电加热片以及分别设置在所述电加热片两侧的两个金属片，各所述金属片背向所述电加热片的一侧分别设有被测样品涂层，且各所述金属片上分别设有温度计，所述电加热片和各所述温度计分别与所述控温装置相连。2.根据权利要求1所述的材料低温半球发射率的测试系统，其特征在于：所述制冷装置包括制冷机以及与所述制冷机连接的压缩机；所述测试装置的底部设有底座支架，所述制冷机安装于所述底座支架上，所述制冷机的一级冷头穿过所述真空罩与所述屏蔽罩的底部相连，所述制冷机的二级冷头穿过所述屏蔽罩与所述辐射屏罩的底部相连。3.根据权利要求1所述的材料低温半球发射率的测试系统，其特征在于：还包括机械热开关装置，所述机械热开关装置包括调节杆、固定盘和夹持机构，所述固定盘固定安装于所述真空罩的外部上方，所述夹持机构设置于所述辐射屏罩的内部；所述调节杆包括从上至下依次设置的调节杆上部、调节盘和调节杆下部，所述调节盘设置于所述真空罩的内部，所述调节杆上部的下端与所述调节盘固定连接，所述调节杆上部的上端穿过所述真空罩与所述固定盘螺纹连接，所述调节杆下部的上端与所述调节盘转动连接，所述调节杆下部的下端依次穿过所述屏蔽罩、所述辐射屏罩与所述夹持机构固定连接；所述调节杆下部对应所述屏蔽罩的顶板的位置处固设有限位块，所述屏蔽罩的顶板设有限制所述限位块进行上下移动的限位槽；所述夹持机构包括两个定位板、两个第一连接板、两个第二连接板、两个夹持部以及一个固定部，所述固定部与所述调节杆下部的下端固定相连，所述固定部通过第一转动轴分别与两个所述第一连接板的上端转动连接，两个所述第一连接板的下端分别通过第二转动轴与两个所述第二连接板的上端对应转动连接，两个所述第二连接板通过第三转动轴相互交叉转动连接，两个所述第二连接板的下端分别与两个所述夹持部对应固定连接；两个所述定位板的上端分别与所述辐射屏罩的顶板固定连接，两个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思懿，沈福至，李永，王维，刘辉明，黄荣进，李来风，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：