铯、钠热管标准黑体辐射源研制及性能评价

介绍了中国计量科学研究院研制的270～1 000 ℃标准黑体辐射源,其中包括270～600 ℃铯热管黑体源和500～1 000 ℃钠热管黑体源、温度标准器和数据采集系统。对铯、钠热管标准黑体辐射源进行性能测试,包括三段控温管式炉温场均匀性,黑体辐射源控温稳定性,黑体空腔轴向温度均匀性,黑体空腔口部辐射温度均匀性和热管测温孔内温度均匀性等。铯、钠热管标准黑体辐射源在整个温度区域内合成标准不确定度为0.09～0.13 ℃（k=2）。     

钠热管炉等温性的实验研究

为高精度地复现铝凝固点,中国计量科学研究院研制了钠热管炉。本文使用S型热电偶和Agilent公司3458A精密数字表测量了新研制钠热管炉的垂直温场。实验结果表明,在未放铝凝固点容器的情况下,炉温约645℃时,钠热管腔体轴向垂直温场最大温度变化不超过0．2℃。此外,找到了理想的放置固定点容器的等温区,为铝凝固点的复现创造了好的外部等温环境。     

低温面源黑体均温结构研究

低温面源黑体作为红外谱段的标准辐射源,广泛应用于红外遥感器、热像仪的标定中.随着红外技术的发展,其应用越来越广泛并已经开始向低温领域发展.温度均匀性是面源黑体的重要指标,介绍一种可以提高面源黑体温度均匀性的结构,实验结果表明这种结构可使面源黑体温度均匀性优于0.2K.     

低温标准黑体辐射源的性能研究

利用半导体制冷技术与热管技术,研制了低温达-30 ℃的新型低温黑体辐射源。通过实验得到其温度稳定性优于0.02 ℃/20min,均温区腔壁的轴向温度均匀性优于0.3 ℃,热管空腔有效发射率计算值大于0.999 2。利用基于光线跟踪技术的Monte Carlo方法,计算得出该热管空腔发射率从中心到边缘位置的变化规律为逐渐减小的趋势,发射率的平均变化率仅为0.06‰,说明轴向温场均匀性对法向平均有效发射率的影响较小。     

热处理炉炉温均温性测试方法及结果评定

依据热处理炉炉温均温性测试的实例,对冶金行业热处理炉炉温均温性检测的目的、测试点的选择、检测方法及检测结果数据分析和评定进行了论述和探讨。     

大型板材真空退火炉多温区均温性控制研究

针对大型稀有金属板材真空退火炉加热工艺特点以及炉室容积大、加热温区多、检测与控制不一致性等,提出基于Fuzzy-PID的控温与均温策略,并进行了实际控温与均温控制测试分析。生产运行表明,系统实现温度高精确度和多温区高均温性的控制,对提高稀有金属板材的真空退火质量具有重要意义。     

大口径热管面源黑体炉的研制及性能评价

针对红外成像光学系统校正,研制了大口径热管面源黑体炉.通过Monte Carlo方法对具有同心圆V形槽表面的辐射特性进行了分析,借助黑体空腔理论完成黑体炉的结构设计,采用热管技术,PIC16F876微处理器和模糊PID开关切换控制算法实现黑体炉的温控.通过试验测试,验证了此辐射源具有均匀一致的有效发射率和辐射出度.     

氟利昂热管黑体辐射源性能实验研究

为了满足机场、车站等红外筛检仪器辐射温度现场校准的要求,文章介绍了一种氟利昂热管黑体辐射源。黑体辐射源空腔形状为圆柱-圆锥形,空腔长100 mm,锥角为120腔,法向平均有效发射率计算值为0.995。利用TRT2辐射温度计对黑体辐射源腔底进行辐射温度测量,对热管进行不同角度的倾斜,测得的黑体辐射源温度稳定性优于0.2℃,氟利昂热管空腔内均匀性优于0.2℃,可以满足现场校准需求。     

常温并联式脉动热管启动及运行特性的实验研究

针对常温并联式脉动热管搭建了采用恒温热水加热热管的实验系统,测试了以甲醇为介质,热管管径为4 mm时,不同冷却形式、加热冷却温度和充液量对热管启动特性的影响;以甲醇为介质,不同热管管径(2、4、6、8 mm)对热管等温性的影响;以及工质为甲醇和R600a,不同加热长度时(20、25、30 cm)热管的传热能力。实验结果表明:热管冷凝段采用水冷时较自然冷却启动快;较高的加热温度和较低的冷却温度有利于热管启动;热管启动时间随充液量的增加而增加。热管运行过程中在纵向和横向均具有良好的等温性,且随着热管管径的增大等温性逐渐降低。随加热温度的升高,工质为甲醇和R600a热管传热量的变化规律不同,缩短加热长度可以缓解过热度过高的不利影响。     

中温区真空标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的中温区真空标准黑体辐射源的结构设计,工作原理,测试结果和不确定度评定。黑体辐射源工作温度范围为320～500 K,黑体空腔开口直径为50 mm,空腔深度为260 mm,表面喷涂了耐高温漆,空腔发射率优于0.999。真空环境下测试了黑体在335～500 K温度范围内的轴向温度均匀性,温度稳定性及黑体辐射源亮度温度等性能指标,结果显示黑体温度均匀性优于0.15 K,40 min内温度稳定性优于0.03 K。分析了黑体辐射源的不确定度来源,黑体辐射源的合成标准不确定度优于0.04 K。     

一种基于主成分分析的TDLAS高频噪声滤波

针对TDLAS高温测量时,吸收光谱容易受到探测器和硬件电路高频噪声干扰,进而影响温度测量准确度和探测灵敏度等问题,提出了一种基于主成分分析的去噪方法。首先将原始吸光度列向量进行矩阵化排列;然后通过主成分分析将其分解为主成分矩阵和得分矩阵;取合适的主成分数,利用截取部分主成分矩阵和得分矩阵重构原始数据,其中截留的主成分代表原始数据主要信息,而剔除的部分仅包含噪声信息。实验结果表明该方法用于TDLAS测量水蒸气温度,噪声去除率达81%,温度解算标准差从8.9降至5.3。     

100～400K真空红外亮温标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的100~400K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100~400K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100~400K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0.120K,控温稳定性优于0.020K/20min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0.9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8~16 μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0.030K。     

H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源的研制

对中国计量科学研究院研制的温度范围覆盖-93~220℃的H500型红外遥感定标高精度真空黑体辐射源进行了介绍。采用圆柱圆锥黑体腔和双层4段PID控温,在真空低背景(液氮冷却)环境下对该黑体进行了性能测试,在大气室温环境下,利用控制环境辐射反射比发射率测量方法测量了黑体空腔发射率和利用红外标准辐射温度计测量空腔底部温度均匀性等指标。实验结果表明,该黑体辐射源升温速率为1℃/min下,控制到温度点的稳定时间优于50 min,并且10 min内的温度稳定性在0.01℃以内;黑体温度设置在20℃、30℃和50℃下空腔发射率的测量结果分别为0.9965、0.9966和0.9963;其黑体底部温度均匀性优于0.03℃;在整个温度区域内扩展不确定度优于0.1℃(k=2)。     

大口径高发射率面型黑体辐射源的研制

黑体辐射源作为定标标准器,在红外测量设备的辐射定标中具有重要作用。为应对大口径红外测量设备的辐射定标工作需求,设计了1台辐射面积为400mm×400mm的面型黑体辐射源。采用多路控温和连接固定冷源的方式对黑体进行温度控制;通过热仿真确定合适的传热模型,同时结合高发射率涂层工艺与辐射面的结构设计使黑体具备高发射率,辐射面有效发射率可达到0.992;在真空环境下,利用标准铂电阻温度计测量得到黑体辐射面源的温度均匀性偏差最大为0.101K,稳定性平均值为0.018K/10min,该黑体辐射光源能够满足现阶段大口径红外测量设备的使用需求。     

环形热管蓄冷保温箱的模拟优化与实验研究

目的 解决蓄冷冷链运输中存在的温度波动大、均匀性差等问题。方法 文中提出通过环形热管来优化箱内温度场均匀性的方案,以柠檬为实验材料,采用FLUENT数值模拟软件对不同环形热管结构下柠檬保温过程进行仿真,并对4层环形热管模型进行实验验证,确定箱内温度分布规律。结果 环形热管均对保温箱温度场均匀性有明显改善作用,4层环形热管与无环形热管的蓄冷保温箱相比,蓄冷保温过程结束时,不均匀度由1.71减少为0.83,降低幅度为51.46%,温度极差可由8.32 ℃减小为3.24 ℃,降低幅度为61.06%。顶部留出的空隙会出现环流现象,能一定幅度地减少有效蓄冷保温时间,增大温度极差和温度不均匀度。结论 验证实验和模拟结果的温度偏差在1.25 ℃以内,说明建立的模型适用于该蓄冷保温箱的数值模拟。针对文中箱体结构,最佳热管环数为4层左右;其结果可为优化蓄冷保温箱的温度分布提供参考依据。     

温度均匀黑体空腔有效发射率近似计算方法（黑体辐射源研究之一）

简要地介绍了国内外在黑体辐射源建立与评价上的发展现状；多种黑体辐射源；多种空腔有效发射率计算方法和模型。通过积分法推导出温度均匀空腔有效发射率计算公式，进一步推导的近似计算公式可以作为对黑体空腔有效发射率估算的依据。     

高精度钾热管铝凝固点炉研制及性能测试

热管作为等温炉衬可提高固定点炉温场均匀性。为提高铝凝固点复现水平,研制了1套高精度钾热管铝凝固点炉。介绍了钾热管和固定点炉的研制流程,并测试了钾热管固定点炉性能。测试结果表明:采用分段升温的方式,炉子升温曲线平缓,整个升温过程中没有明显过冲现象,可有效保护铝凝固点容器的使用寿命;钾热管铝凝固点炉垂直温场均匀性为6.6mK;利用该钾热管铝凝定点炉可以实现铝凝固点温坪的复现,温坪重复性为0.02mK。