近些年,隨著技術(shù)的發(fā)展,新型低溫黑體輻射源開始出現(xiàn),使得輻射測溫的下限由-20℃下延至-50℃。這類黑體輻射源的設(shè)計原理是使用低溫液體作為恒溫介質(zhì),將黑體腔體放置在低溫液體內(nèi),通過控制低溫液體的溫度使腔體達到恒溫。

由于液體介質(zhì)的溫度均勻性可以控制在一個非常小的數(shù)量級,減小了測量中腔體溫度均勻所引入的不確定度分量,其穩(wěn)定性一般不高±0.1℃/1嘞 ,有效輻射率可以控制在0.995以上。這為輻射測溫在低溫范圍的量值傳遞的準(zhǔn)確性提供了有力的技術(shù)支持。

直溫差不大于0.10℃,溫度波動度不大于0.1℃/10min。如果使用這種低溫槽作為載體進行改造,將輻射黑體源的腔體置于恒溫槽的工作區(qū)域內(nèi),其腔體內(nèi)的溫度均勻性和波動度都可以達到現(xiàn)有產(chǎn)品的水平。

具體方案具體設(shè)計方案有兩種。一種是立式腔體放置方式(見圖/ a ),將黑體輻射源的腔體垂直置于恒溫槽的低溫液體內(nèi),可以使用低溫槽原有的開槽孔,將腔體垂直固定在低溫槽的檢測平臺上。這種方案的優(yōu)點是機械加工工藝簡單,但是由于其腔體垂直立于低溫槽內(nèi),而低溫槽的高度不低于1.2m,檢定時需將輻射測溫儀器對準(zhǔn)腔體中心進行瞄準(zhǔn),并保持合適的測量距離,而且光學(xué)瞄準(zhǔn)非常重要,所以采用橫置方式更加實用。而黑體輻射源的腔體設(shè)計方案各不相同,只需滿足有效的目標(biāo)直徑,其結(jié)構(gòu)需滿足有效發(fā)射率高于0.995,在此不進行深入討論。

2.腔體的除霜設(shè)計輻射測溫的技術(shù)要求中,有效發(fā)射率是黑體輻射源的重要參數(shù)之一。常用的腔體式結(jié)構(gòu)在低溫時會因腔體表面附著冰霜而導(dǎo)致黑體輻射源有效發(fā)射率降低,需要使用相應(yīng)的裝置防止?jié)駶櫩諝膺M入腔體內(nèi)。現(xiàn)階段,針對低溫黑體輻射源腔體結(jié)霜常用的解決方法有兩種。第-種是加裝光學(xué)窗口,并將干燥氣體沖人腔體內(nèi)。這種方案的優(yōu)點是設(shè)計簡單,除霜效果明顯,但由于加人光學(xué)窗口玻璃會引入窗口溫度誤差,在計算測量結(jié)果時需要對其進行修正。進行窗口溫度的誤差修正,但是其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。從測量的方便性推薦第二種方案。其設(shè)計難點主要是需要加裝-個氣簾裝置,此系統(tǒng)需要一個干燥模塊對充入的氣體進行干燥,然后再通過特殊的氣孔設(shè)計對黑體輻射源進行充氣。通過干燥模塊將空氣里的水分脫離再充人低溫腔體內(nèi),就可以避免低溫腔體的內(nèi)壁結(jié)霜。同時,這個氣簾裝置還可以防止外部空氣進入腔體,基本可以消除結(jié)霜對腔體有效發(fā)射率的影響。這個氣簾的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜,大體結(jié)構(gòu)需要一個環(huán)狀管,并在管體內(nèi)側(cè)適當(dāng)位置打孔,孔徑的大小和角度需要通過實驗進行驗證,也可以依托虛擬軟件進行模擬實驗,確定其適合的參數(shù)并配合選用的腔體的窗口直徑的尺寸。采用恒溫槽方案的黑體輻射…將低溫恒溫槽改造為黑體輻射源,其工作范圍基本與所用的標(biāo)準(zhǔn)低溫槽一致,而且低溫槽的溫度均勻性和控溫穩(wěn)定性好,可以減小黑體腔體等溫性引入的溫度不確定度分量,提高黑體溫度的復(fù)現(xiàn)能力。其溫度參數(shù)明顯優(yōu)于使用加熱絲恒溫的變溫黑體輻射源。而這類改造方案的可操作性和性價比都很好,也適用于其他溫度標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽的黑體輻射源改造。