中温辐射时物体黑度的测试装置

中温辐射时物体黑度的测试装置

实验指导书

一、实验目的

用比较法定性的测量中温辐射时物体的黑度ε。

二、原理概述

用n个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法，可以求物体i的纯换热量Q net.i Q net.i ＝Q abs.i－Q ei

＝d i∫FK E effk ψ(dk)i dF k－εi E bi F i （1）

式中：Q net.i－i面的净辐射换热量。

Q abs.i－i面从其他表面的吸热量。

Q ei－i面本身的辐射热量。

εi－i面的黑度。

ψdki－k面对i面的角系数。

E effk－k面的有效辐射力。

E bi－i面的辐射力。

d i－i面的吸收率。

F i－i面的面积。

根据本实验的设备情况，可以认为：

1)热源1，传导圆筒2为黑体。

2)热源1，传导筒2，待测物体（受体）3。它们表面上的温度均匀（见附图）因此公

式（1）可写成：

Q net.3 ＝α3（E b1F1Ψ1.3＋E b.2F2Ψ2.3－ε3E b3F3）

因为：F1＝F3;α3＝ε3; Ψ3.2＝Ψ1.2。又根据角系数的互换性F2Ψ2.3＝F3Ψ3.2，

则：

q3＝Q net.3/ F3＝ε3（E b1Ψ1.3＋E b.2Ψ1.2－ε3E b3）

＝ε3（E b1Ψ1.3＋E b.2Ψ1.2－E b3）（2）由于受体3与环境主要以自然对流方式换热，因此：q3＝α（t3－t f）（3）式中：α－换热系数

t3－待测物体（受力）温度

t f－环境温度

由（2），（3）式可得：

ε3

（4）

当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，E b1＝E

b2

，并考虑到，体系1，2，3，为封闭系统，则：（Ψ1.3＋Ψ1.2

）＝1

由此，（4）式可写成：

ε3

（5）

式中δb称为史蒂芬－玻尔茨曼常数，其值为5.7*10-3w/m2.k4

对不同待测物体（受体）a,b的黑度ε为：

ε3＝b＝

设αa＝αb，则：

εa T3a－T f T41b－T43b

ε ＝ · （6） 当b 为黑体时，b ≈1，（6）式可写成

ε3＝ · （7）

三、 实验装置

实验装置如图所示

1：电源开关 2：传导体（2）调压钮～电压表 3：传导体（1）调压钮～电压表 4：

热源调压钮～电压表 5：热源腔体 6：传导腔体（1） 7：传导腔体（2） 8：受体

9:温度显示及控制仪

热源具有一个测温热电偶，传导腔体有两个热电偶，受体有一个热电偶，巡检仪可同时显示并控制四个测温点的温度，观察对应的巡检仪通道窗口来记录其温度值。

四、 实验方法和步骤

本仪器用比较法定性的测定物体的黑度。具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体两组），使热源和传导体的测温点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面温度）和“黑体”（受体仍为待测物体，但表面熏黑）两种状态的受体在相同的时间接受热辐射，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测

εb T 41a －T 4

3a T 3b －T f T 41a －T 4

3a

T 41b －T 43b

T 3b －T f T 3a －T f 8

7

6

5

4

3

2

1

19

8

物体的黑度。

为了测试成功，最好在实测前对热源和传导体的恒温控制方法进行1－2次探索，掌握规律后再进行正式测试。

具体实验步骤如下：

1、巡检仪设定：详细操作见巡检仪使用说明书。

2、将热源腔体1和受体腔体3（先用“待测”状态的受体）对正靠近传导体2并在受

体腔体与传导体之间插入石棉板隔热。

3、接通电源，将电压调节旋钮全部向左置零，观察巡检仪四个窗口的温度值。“1”“2”

“3”通道对应“热源”“传导左”“传导右”的温度，“4”对应“受体”的温度。

在未加热时显示的值应视为环境温度。调整“1”“2”“3”通道对应的数字电压表

通常为35V左右，观察巡检仪上的温度变化和频闪的红绿灯，这时巡检仪已进入自

整定状态，随巡检温度的变化而自动通断加热装置。电压表上的值会时有时无。当

接近巡检仪事先设定的温度值时，需再微调电压值的大小，通常稳定在18V－21V

左右，调整电压时避免陡增陡降，以免影响系统稳定的温度。以使“传导左”“传

导右”的温度尽快与“热源”温度一致。

4、当系统进入设定温度范围后，去掉隔热板，将受体段紧靠传导体，此时还应微调电

压旋钮以便使各点温度稳定在设定值附近。波动≦3℃即可。稳定10-15分钟后记

录巡检仪的“4”通道即“受体”的温度。

5、取下受体段，用蜡烛将受体表面熏黑，冷却至室温，重复以上调试程序。使之温度

与未熏黑前一致，在相同的稳定时间后记录测定值，得到第二组数据。

6、将两组数据进行整理后代入公式，即可得出待测物体的黑度ε受。

五、注意事项

1、热源及传导体的温度不宜过高，切勿超过仪器允许的最高温度200℃。一般情况下

按额定温度的80％使用，可有效延长其寿命。

2、每次做“待测”状态实验时，建议用汽油或酒精将待测物体的表面擦净，否则，实

验结果将有较大出入。

六、实验所用计算公式根据（6）式本实验所用计算公式为

ε受ΔT受（T源－T0）