黑体实验装置

[color=#333333][/color][color=#333333]田哥告诉您什么叫黑体炉[/color][color=#333333]内容来源：百度百科[/color][b][color=#333333]黑体的定义[/color][/b][color=#333333] 能全部吸收外部的辐射能量，同时能全部辐射出自身全部能量的物体。量化说明为：吸收率为1，反射率、透射率皆为0。[/color][color=#333333] [/color][b][color=#333333]黑体的主要[/color]技术指标[/b][color=#333333] 黑体的发射率，黑体腔口直径，温度均匀性和辐射温度不确定度。因此为了确保黑体的产品质量，通常黑体都是按温度分段设计。[/color][color=#333333] [/color][b][color=#333333]人工黑体[/color][/b][color=#333333] 通常我们所说的黑体为人工黑体。人工黑体的发射率接近于1，但不等于1。[/color][color=#333333] [/color][b][color=#333333]黑体2种基本类型[/color][/b][color=#333333] 腔式黑体和平面黑体[/color][color=#333333] [/color][b][color=#333333]黑体的用途[/color][/b][color=#333333] 黑体的主要功能是产生一定温度下的标准辐射。因此在温度计量中主要用于检定各种辐射温度计，如光学高温计、红外温度计、红外热像仪等。[/color][color=#333333] 随着科学技术的发展，黑体的用途已经不局限于在温度计量方面的应用。在光学方面，已经普遍采用黑体作为标准辐射源和标准背景光源。在测量领域里，黑体已经用于测量材料的光谱发射、吸收和反射特性。在高能物理的研究中，黑体已经用作为产生中子源。[/color][color=#333333] 不同的用途对黑体的要求是不一样的。在温度计量领域，主要是利用黑体辐射和温度的对应关系，因此要求黑体的发射率越高越好。要求黑体的辐射能量按照光谱分布（也就是黑体光谱辐射能量、也称为单色能量）都能符合普朗克定律，这样我们在检定或校准辐射温度计时，以黑体的温度（或标准辐射温度计）的示值，来修正辐射温度计的偏差。因此在选择黑体时通常是选择发射率较高的腔式黑体，同时也要注意黑体腔口直径，温度均匀性和辐射温度不确定度。[/color][color=#333333] 在光学应用中，通常要求辐射源的辐射面积较大，但是温度不高，只关注辐射面的温度均匀性而不一定关注辐射能量与温度对应的准确性，因此选择面源黑体较多。但随着科学技术的发展，现在光学应用中也已经用到大口径的高温黑体，但对发射率的要求可以低一点，达到0.98以上即可，像某些腔些黑体的直径可以达到65mm，发射率达到了0.995，也非常适合做红外的校验。[/color][color=#333333] 对于测试和研究中所采用的黑体，是根据需要设计，种类繁多。用于材料光谱发射率测量的黑体，是一个界于腔式黑体和面源黑体之间的黑体，发射面只有Φ10mm。用于辐射温度仪器中定点校准用的黑体，是一个定温度的辐射能量很稳定的光源。在国防军工系统使用的黑体中最小只有小手指大，因此称为指状黑体；为了模拟目标，在一个平面上分隔成多个不同温度区域的专用面源黑体称为目标模拟器。等等。[/color][color=#333333] [/color][b][color=#333333]黑体的发展史[/color][/b][color=#333333] 黑体开始发展的是高温黑体，早在20世纪50年代，由于光学高温计的应用，当时的苏联和英国已经研制出了黑体炉，最高工作温度可以达到2500℃。20世纪60年代，日本生产出卧式黑体炉，最高工作温度为2200℃；同年代，我国也研制出卧式黑体炉，工作温度为900～3200℃。[/color][color=#333333] 在20世纪60年代，中温黑体就有人开始研究，因为当时的技术条件限制，对黑体技术（如黑体腔、等温黑体腔、黑体发射率等）认识不足，甚至将热电偶检定炉的中间放置一个靶子就看作是黑体。[/color][color=#333333] 自从美国在越南战争首次使用红外技术，成功地侦察到密林中的胡志明小道后（注：当时胡志明小道是运输线），拉开了红外技术在军事上应用的序幕。随后，各国都开展了红外侦察、红外伪装、红外制导、红外诱饵、空中防卫等技术的研究工作，这就促进了对黑体技术的研究，尤其是对中低温黑体的研究。因此国外在20世纪80年代就已经有低温黑体，我国对低温黑体的研究，是从20世纪90开始。[/color][color=#333333] 近30年来，红外技术已经广泛地应用于民用，如红外资源卫星、红外气象卫星、红外加热、红外干燥、医用红外、红外测温等，同时开始了民用黑体产品的研究。尤其是近20年来，红外温度计的广泛应用，作为红外温度计检定用的主要设备－黑体的市场需求量增加，这促进了黑体技术向产品化传化的进度。[/color][color=#333333] 对黑体技术的研究，尤其是对黑体发射率技术的研制，从20世纪50年代开始，一直是断断续续地进行着。国内一些大学，对黑体发射率进行研究，并根据辐射换热原理，对当时的黑体产品研究出一套发射率的计算方法。同时，形成了对圆柱形黑体腔，腔体长度和腔口之比（称为形腔比）为一个固定的模式。1998年，在国防计量科研课题的研究中，专家在基于等温和漫反射的基础上，应用辐射换热原理，导出了黑体发射率全新的计算公式，从理论上证明了只要黑体腔内表面温度均匀且为漫反射，黑体的发射率只与黑体的腔口面积与内表面面积之比、黑体腔内表面发射率有关，而与黑体的形状、黑体的温度无关，系统阐述了黑体发射率的理论，使得对黑体发射率理论的研究，向前迈进了一步，同时对于黑体的研制和生产，有着极大的指导意义。[/color][color=#333333] 对于腔式黑体，也是一个逐步发展过程。从开始研制出雏形黑体，到开始重视形腔比，因此改进黑体腔按照一定的形腔比设计，将黑体的性能进行提高；到开始重视黑体的等温段，尽量提高黑体的等温区域，将黑体的性能进一步提高；到目前为止，应用黑体发射率的理论计算公式指出的改进途径，使黑体的性能又得到提高；这就是一个不断发展和不断完善的过程。[/color][color=#333333] 在黑体的设计上，人们对于黑体的等温特性越来越重视，黑体腔内表面的温度均匀性已经作为黑体设计主要技术指标之一；因此对于有的黑体内表面温度均匀性较好的黑体，又称为“等温黑体”。对于黑体内表面温度均匀性的要求，将热管技术应用于黑体，黑体内表面等温效果很好，因此近代使用热管技术研制出的黑体，称为热管黑体。热管黑体是等温黑体的一种。[/color][color=#333333] 随着科学技术发展，需要更高精度的黑体作为标准辐射源，尤其在300℃以下温度段。因此又发展了高精度的黑体，这些黑体辐射温度的准确度在（0.1～0.5）℃和0.01℃分别率。[/color][color=#333333] 我国在20世纪七八十年代，做实验与标定的黑体辐射源，用于红外标定的都是进口产品，如ISOTECH，EOI，美国的Mikron,OMEGA的相关产品都不错，基本上黑体炉的国际市场是以美国独大，品质很好，但是进口成本太过高了，这个严重限制了我国红外事业的发展。黑体的市场化滞后严重制约了我国红外事业的发展。[/color][color=#333333] 到本世纪初，我国主要科研单位加快了黑体产品的研发进度，黑体炉国产化也发展很快，如广州日奇，为黑体的市场化做出了杰出的贡献，相关的产品指标与稳定性都与国外产品实现了同步，随着大量产品进入市场，供给增加，黑体的市场价格也应声下落，红外生产厂家的成本也因规模效应而不断下降，为红外热像产品的市场化，民用化开辟了广阔的市场前景。我国的红外科研也在不断缩小与国外先进水平的差距。[/color]

论检验检测试验装置数据质量和仿真质量综合评价体系的构建摘要检验检测试验装置多应用于研发、试验过程，也应用于产品研制、质量控制及性能评价等方面。随着检验检测标准对测试装置要求的多样性和复杂性，出现多参数且试验装置涉及多个专业领域，比如几何学、电学、热学等。从装置计量溯源确保数据的准确可靠已经不能满足检验检测机构的需要。除了数据质量，试验装置的仿真质量也至关重要，装置为了能更为真实的反映使用环境的仿真程度，需要搭建一个数据质量和仿真质量综合评价的体系。本文将介绍检验检测装置数据质量和仿真质量综合评价体系的构建。检验检测试验装置的概述检验检测试验装置通常有多个测量系统组成，比如家电检测领域一般都会有家电产品性能检测实验室，该装置较为庞大，设备需要施工搭建。设备整体构造包括封闭实验室、制冷制热系统、控制室等。设备按照测量系统又有温度测量系统（铂电阻温度、热电偶温度、环境工况温湿度）、电参数系统（功率计、直流电源、变频电源、电能表）、压力系统（指针压力表、数字压力表、微压表、压力变送器等）、流量系统（流量计、限位开关、冷却塔、水箱等）、其他系统（欧美表照度、温湿度风速小盒、烟雾报警器等）。正是由于设备装置测量参数的多样性，导致设备在计量溯源，评价设备质量时，不太好把握设备综合技术指标，故装置的质量需要全面的考量，而不能单一只是通过每个设备的单独计量来评价设备整体的性能。比如，装置中压力变送器是连接在系统的，系统控制柜通过采集装置将变送器电信号转换为压力数值，通过电脑读取采集。如果只是单独将变送器送至计量院，可能变送器是符合要求的，但是接在实验室系统中通过采集，是否准确不得而知，一旦采集装置设置错误，可能都会导致数据的偏差。数据质量评价体系的构建数据质量的评价主要是对实验装置的计量溯源，应在系统中对被测系统部件连同采集控制显示端一起进行计量。比如，压力系统，应该让计量人员来到现场，将标准压力与被测压力连接好，通过实验室被测压力真实环境进行计量，被测压力通过线路管理将信号传送至采集端，再将信号经过处理通过电脑读取，计量人员应该读取自身标准压力和实验室电脑被测压力显示数值，完成对实验装置压力系统的仪表整体计量。评价体系的构建还是要以设备计量检定规程和校准规范为依据，综合考虑实验室产品检测要求进行制定确保数据的准确可靠。数据质量的评价首先要考虑评价的依据，选择正确的评价依据是第一步，其次就是测量范围和准确程度（准确度等级或不确定度或最大允许误差），最后就是数据重复性和复现性。这些指标可能是超预期的符合，也可能是基本满足，可也能是较差但是符合标准的要求。故构建评价体系也是有优良中差之分的。仿真质量评价体系的构建仿真质量是一般被实验室忽视的，实验装置测量就是在考察产品各项指标是否满足标准要求。比如，冰箱在性能实验室中需要做16℃和43℃的工况耐久性测试，来模拟冰箱在家庭环境中使用的情况。实验装置仿真真实性就需要评价。有些实验室在设定温度后，一个小时就到达了，很快完成实验室，该装置效率高，有些实验室需要很长时间才能达到设置温度，虽然在做数据计量时，可能并看不出来，但是在做仿真质量评价时就会发现。可能原因就是装置结构或者配置区别，因为实验装置并没有对压缩机配置提出明确要求，这个直接影响实验装置降温的速度。故仿真质量评价也是对设备性能的评价极为重要的。计量人员与检验检测人员协作的必要性数据质量评价一般由规程规范决定，但是仿真质量评价依据一般是检验检测人员根据实验室自身需求进行量身定制，一旦跟计量人员确保他们实验装置仿真的要求，计量人员会按照该标准进行计量，确保符合使用需求。比如模拟冰箱开关门的耐久实验装置，看似只是计量开关门次数的计数装置即可，实际检验检测人员还需要关注装置中开关门用力、开关门触点的位移是否准确、实际实验环境中上万次试验次数是否准确计数以及限位开关是否可以有效归零等。总之，计量人员与检验检测人员需要进行沟通确认，仿真质量评价还是要根据具体使用实验室需求来定制，确保每年计量人员进行计量时都能满足需求，当然需求要求也是动态调整的，实验室一旦对产品要求变严格或宽松都可以随时对评价要求进行调整。但是，一旦标准中对设备装置有明确的要求，还是要优先满足标准的要求。比如，对实验室温度从40℃降到25℃需要在30分钟内完成，那么这个实验装置就要能够仿真这个环境变化，同时设备装置稳定度、均匀性以及示值误差可以满足标准要求。综合系统评价体系构建数据质量评价是静态的，较为独立的，但是仿真质量是较为综合的。比如，产品检测都有防水实验装置，单独计量评价装置中各个部件一般都是满足的，压力表、流量计和一些几何量的装置，但是如果能够综合考虑整个防水试验装置运行是否如实仿真各种防水条件还是未知的。仅是静态测量仪器仪表，而不是动态测量整体仿真模拟接近真实情况的能力，设备装置的评价还是片面的。故综合数据质量和仿真质量进行设备装置评价是必要的。所以，装置的性能应主要从试验测试数据质量和试验环境仿真质量两方面来表征。试验设施的综合评价，不仅应包括试验测试数据质量评价，同时也必须包括试验环境仿真质量评价，试验设施综合评价需要实验室系统性地构建试验装置综合评价理论和技术体系的通用性标准。评价体系未来发展趋势随着数字化、智能化发展，产品更新换代更为频繁，未来为了更好地满足产品多样化的检测，检测设备装置会更为多样化和复杂化，能够模拟更多的测试条件将是趋势，为了满足人员对产品使用的舒适度和耐用性等要求，生产企业就需要对产品进行不同的环境仿真，来充分考量产品的性能和好坏，故检测设备就不仅仅数据质量可以满足产品标准的要求，实际仿真的能力也是关键。检测装置的好坏，未来将不止需要通过计量校准，还要通过仿真能力评价综合装置的性能优劣。通过综合评价体系的构建和形成，检测装置将会优胜略汰，从而提升产品检验检测的质量，进而提升产品的质量，为消费者购置更为优质产品提供有力保障。[b][font=黑体]参考文献[/font][/b]JJF 1094-2002 测量仪器特性评定.JJF 1001-2011 通用计量术语及定义.动态计量技术发展中的几个关键问题 杨军, 张力, 李新良.动态校准、动态测试与动态测量的辨析 梁志国， 张大治， 吕华溢.