專利名稱：一種材料黑度系數(shù)的測試方法
技術領域：
本發(fā)明屬于黑度系數(shù)的一種測試方法，特別涉及利用比較法測試材料在不同溫度下的黑度系數(shù)。
背景技術：
黑體是一種理想物體，它們在相同的溫度下都發(fā)出同樣的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀等特性無關。材料的黑度系數(shù)在紅外測溫時是一個非常重要的參數(shù)，黑度系數(shù)的準確性直接影響紅外測溫的精度。
紅外測溫是輻射式測溫的一種，是利用物體的熱輻射現(xiàn)象來測量物體溫度的。紅外輻射的基本依據(jù)是斯特藩-玻耳茲曼、普朗克等人的黑體輻射定律。斯特藩和玻耳茲曼通過實驗和計算得出黑體熱輻射定律M0(T)＝σT4，式中M0(T)為溫度為T時，單位時間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻出度，σ為斯特藩-玻耳茲曼常量，T為物體溫度。實際物體(非黑體)的輻射定律一般比較復雜，需借助于黑體的輻射定律來研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對金屬材料在高溫時黑度系數(shù)的測量技術難題，本發(fā)明的目的是提供一種新的黑度系數(shù)測量方法，采用紅外測溫儀和熱電偶相比較的方法測試材料不同溫度下的黑度系數(shù)，以解決紅外測溫和其它工業(yè)設計需要。
本發(fā)明的技術方案是材料黑度系數(shù)測試方法，具體步驟如下(1)黑度系數(shù)參考值ε0的確定取被測材料某一溫度下(如室溫)的黑度系數(shù)或取同類材料的黑度系數(shù)值作為黑度系數(shù)參考值ε0，通過查閱相關資料確定；(2)使用紅外測溫儀對某一溫度下的材料進行測溫，在用紅外測溫儀測溫時輸入的黑度系數(shù)參考值ε0，記錄紅外測溫結果T1；(3)使用熱電偶對相同溫度下的材料進行測溫，記錄測溫結果T2；(4)利用公式ε1＝ε0(T1/T2)4就可以得到某一溫度下的材料黑度系數(shù)；(5)重復2，3，4步驟，取測試結果的平均值即為材料黑度系數(shù)值；(6)將計算出的黑度系數(shù)值ε1重新輸入紅外測溫儀，再按上述步驟測量材料的黑度系數(shù)值，檢驗黑度系數(shù)值ε1的計算精度；如此反復，直至紅外測溫儀的溫度值與熱電偶的溫度值相同，誤差在±2℃時，即可得到準確的黑度系數(shù)值。
所述步驟(2)與步驟(3)中的溫度為相同時間和相同位置測量的溫度。
本發(fā)明的原理紅外測溫儀測溫的基本原理是直接測試材料的輻射能，然后通過黑度輻射定律及測試前輸入的黑度系數(shù)，最終計算并讀出發(fā)熱體溫度T。黑體輻射定律為W＝CεσT4，其中W為總的輻射通量密度(W/cm2)；ε為黑度系數(shù)(發(fā)射率)；σ為玻爾茲曼常數(shù)(W/cm2·K4)；C為比例系數(shù)。在用紅外測溫儀測溫時，必須在測試前先輸入材料的參考黑度系數(shù)，由總的輻射通量密度計算式可知所輸入的參考黑度系數(shù)值將直接影響最終讀出的測試溫度值T1。而用熱電偶測溫時可以直接讀出材料的測試溫度T2。通過不斷修正所輸入的黑度系數(shù)參考值，最終使T2和T1基本相等，此時的黑度系數(shù)參考值就非常接近實際的黑度系數(shù)值。
在測試時具體采用如下方案由于在一定的溫度下材料的輻射能是一定的，根據(jù)黑體輻射定律W＝CεσT4，可以計算材料在某溫度下的黑度系數(shù)，即w=cϵσT4→W=Cϵ0σT14=Cϵ1σT24·]]>則可以根據(jù)黑度系數(shù)參考值ε0計算出準確的黑度系數(shù)值ε1，即ε1＝ε0(T1/T2)4。
本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明采用紅外測溫儀和熱電偶相比較的方法測試材料不同溫度下的黑度系數(shù)，可以應用于紅外測溫和其它工業(yè)設計需要。
(2)本發(fā)明根據(jù)黑體輻射定律和紅外測溫儀測溫的基本原理以及熱電偶的測溫方法相結合，采用本發(fā)明獲得的黑度系數(shù)值輸入紅外測溫儀進行測溫，溫度測試精度可達到±2℃。而相關資料中的黑度系數(shù)值一般都在室溫和小于100℃時的值，不能滿足高溫時紅外測溫和工業(yè)實際需要，對于高溫時的黑度系數(shù)值的測量很難進行。
(3)本發(fā)明特別適合于測試金屬材料在高溫時(600℃以上)的黑度系數(shù)。


圖1為本發(fā)明試樣尺寸與測試方法示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，圓柱形試樣徑向分別開有兩個孔1、2，分別用紅外測溫儀和熱電偶測量試樣中軸線位置的溫度，圖中兩個孔1、2的中心距小于50mm，本發(fā)明材料黑度系數(shù)測試方法，具體步驟如下(1)黑度系數(shù)參考值ε0的確定取被測材料某一溫度下(如室溫)的黑度系數(shù)值或取同類材料某條件下的黑度系數(shù)值作為黑度系數(shù)參考值ε0，通過查閱相關資料確定；(2)使用紅外測溫儀對某一溫度下的材料進行測溫，在用紅外測溫儀測溫時輸入的黑度系數(shù)參考值ε0，記錄紅外測溫結果T1；(3)使用熱電偶對相同溫度下的材料進行測溫，記錄測溫結果T2；(4)利用公式ε1＝ε0(T1/T2)4就可以得到某一溫度下的材料黑度系數(shù)；(5)重復2，3，4步驟，取測試結果的平均值即為材料黑度系數(shù)值，結果見表1；(6)將計算出的黑度系數(shù)值ε1重新輸入紅外測溫儀，再按上述步驟測量材料的黑度系數(shù)值，檢驗黑度系數(shù)值ε1的計算精度；如此反復，直至紅外測溫儀的溫度值與熱電偶的溫度值相同，誤差在±2℃時，即可得到準確的黑度系數(shù)值。輸入準確的黑度系數(shù)值后的紅外測溫儀的溫度值見表2。
下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明(見表1)。
表1黑度系數(shù)的測試實施例

表2黑度系數(shù)修改后的測試結果

采用本發(fā)明獲得的黑度系數(shù)值輸入紅外測溫儀進行測溫，溫度測試精度可達到±2℃。試驗證明，本發(fā)明測試黑度系數(shù)的方法適合于金屬材料，也適合于非金屬材料，尤其適合于測試金屬材料在高溫時(600℃以上)的黑度系數(shù)。
權利要求
1.一種材料黑度系數(shù)的測試方法，其特征在于根據(jù)黑體輻射定律和紅外測溫儀測溫的基本原理以及熱電偶的測溫方法相結合；測試步驟包括(1)黑度系數(shù)參考值ε0的確定取被測材料某一溫度下的黑度系數(shù)或取同類材料的黑度系數(shù)值作為黑度系數(shù)參考值ε0，通過查閱相關資料確定；(2)使用紅外測溫儀對某一溫度下的材料進行測溫，在用紅外測溫儀測溫時輸入的黑度系數(shù)參考值ε0，記錄紅外測溫結果T1；(3)使用熱電偶對相同溫度下的材料進行測溫，記錄測溫結果T2；(4)利用公式ε1＝ε0(T1/T2)4就可以得到某一溫度下的材料黑度系數(shù)；(5)重復2，3，4步驟，取測試結果的平均值即為材料黑度系數(shù)值；(6)將計算出的黑度系數(shù)值ε1重新輸入紅外測溫儀，再按上述步驟測量材料的黑度系數(shù)值，檢驗黑度系數(shù)值ε1的計算精度；如此反復，直至紅外測溫儀的溫度值與熱電偶的溫度值相同，誤差在±2℃時，即可得到準確的黑度系數(shù)值；所述步驟(2)與步驟(3)中的溫度為相同時間和相同位置測量的溫度。
2.按照權利要求1所述的材料黑度系數(shù)的測試方法，其特征在于所述步驟(5)重復次數(shù)在3次以上。
3.按照權利要求1所述的材料黑度系數(shù)的測試方法，其特征在于測試黑度系數(shù)的方法適合于金屬材料，也適合于非金屬材料。
4.按照權利要求1所述的材料黑度系數(shù)的測試方法，其特征在于測試黑度系數(shù)的方法尤其適合于測試金屬材料在600℃以上高溫時的黑度系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料在不同溫度下的黑度系數(shù)的測量方法，具體測試步驟包括1.黑度系數(shù)參考值ε
文檔編號G01N25/00GK1982876SQ20051004798
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權日2005年12月14日
發(fā)明者張士宏, 王忠堂, 李冰, 李章剛 申請人:中國科學院金屬研究所