基于光纤光谱仪的固体表面发射率测量系统的开发

发布时间：2017-07-06 22:14

  本文关键词：基于光纤光谱仪的固体表面发射率测量系统的开发

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【摘要】：发射率是描述物体热辐射特性的重要参数,在航天、航空、国防、科学研究及工农业生产等领域中具有重要研究意义和应用价值。在辐射测温技术中,发射率是现有测温方法中获得目标温度而必须先知的唯一参数,也是影响目前辐射测温技术广范应用的瓶颈技术。材料发射率不仅取决于材料的组成成分和材料的表面状态(粗糙度、氧化等),还与材料的温度、考察的波长及观察的方向等因素有关。它不是物质的本征特性,随外界条件变化,不易测得。本文在前人已有的工作基础上,自主研发了基于光纤光谱仪的固体表面发射率测量系统,主要用于测量高温条件下的固体表面发射率。本文主要完成了以下几方面的工作:1、验证将光纤光谱仪应用于发射率测量的可行性。首次将光纤光谱仪应用于发射率测量系统当中,通过对开发系统进行实验验证,所得数据真实准确。证明将光纤光谱仪应用于发射率测量是可行且成功的。2、将所开发系统应用于高温测量,更适用于实际工业生产中。现有的参考发射率及大部分近似功能的设备均是针对低温发射率,对于高温工业生产并不能起到指导意义。本文自主设计加热炉,性能优于大部分加热炉,可加热至1400℃,且温控稳定,精度高。3、提高系统实用性,安全性,控制成本,以方便进一步推广量产,投放市场。现有近似功能的设备均是个别实验室用于科研工作自主开发的,本文开发系统经济实用,安全性高,可适用于恶劣环境,将其用于各生产企业的高温工业生产中具有重大意义。4、控制系统误差,整体误差仅为2.33%。相比大部分近似功能设备(误差5%),本文系统精度高。相比个别实验室研制的高精密设备(误差1%~2%),价格昂贵,系统复杂,不适用于恶劣条件,本文系统的经济性和实用性具有巨大优势。5、对开发的发射率测量系统进行现场测试实验。通过测量不锈钢、已氧化不锈钢和石墨三种材料发射率,得到的数据合理准确,证明开发的系统是可推广的优秀产品。
【关键词】：光谱发射率 光纤光谱仪 辐射高温计 测量
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 发射率测量技术研究现状12-23
• 1.2.1 固体表面发射率分类12-14
• 1.2.2 固体表面发射率测试方法14-23
• 1.3 本文的研究内容23-25
• 第二章 固体表面发射率测量系统设计25-55
• 2.1 系统设计总体思路25-27
• 2.2 加热系统27-34
• 2.2.1 加热元件设计28-30
• 2.2.2 控温系统设计30-32
• 2.2.3 真空系统设计32-33
• 2.2.4 辅助设计33-34
• 2.3 黑体炉系统34-37
• 2.3.1 黑体炉选型34-36
• 2.3.2 黑体炉改造36-37
• 2.4 光路系统37-40
• 2.4.1 连通设计37
• 2.4.2 聚光设计37-38
• 2.4.3 减少损失38-40
• 2.5 真空系统40-44
• 2.6 水冷系统44-46
• 2.7 控制系统46-47
• 2.8 测量系统47-53
• 2.8.1 光纤光谱仪48-50
• 2.8.2 高温辐射温度计50-53
• 2.9 本章小结53-55
• 第三章 固体表面发射率测量系统测试实验55-66
• 3.1 分析方法55-57
• 3.2 测试实验57-58
• 3.2.1 实验样品57-58
• 3.2.2 实验条件58
• 3.2.3 实验步骤58
• 3.3 光纤光谱仪测量结果分析58-61
• 3.3.1 不锈钢数据分析59-60
• 3.3.2 已氧化不锈钢数据分析60-61
• 3.3.3 石墨数据分析61
• 3.4 高温辐射温度计测量结果分析61-65
• 3.4.1 不锈钢数据分析62-63
• 3.4.2 已氧化不锈钢数据分析63-64
• 3.4.3 石墨数据分析64-65
• 3.5 本章小结65-66
• 第四章 固体表面发射率测量系统误差分析66-77
• 4.1 加热系统误差分析66-67
• 4.2 黑体炉系统误差分析67-72
• 4.2.1 黑体炉发射率计算67-72
• 4.3 光纤光谱仪误差分析72-75
• 4.3.1 光纤光谱仪分辨率误差分析72-73
• 4.3.2 能量传递误差分析73-75
• 4.4 系统综合误差分析75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 总结和展望77-79
• 5.1 全文总结77-78
• 5.2 进一步工作展望78-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果84-85
• 致谢85-86
• 附件86

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本文编号：528001