黑體到底是什么?
能全部吸收外部的輻射能量,同時能全部輻射出自身全部能量的物體。量化說明為:吸收率為1,發(fā)射率為1。
黑體又可以叫黑體輻射爐、黑體輻射源、紅外標定源等。
黑體的主要技術指標:黑體的發(fā)射率,黑體腔口直徑,溫度均勻性和輻射溫度不確定度。因此為了確保黑體的產品質量,通常黑體都是按溫度分段設計。
黑體2種基本類型:腔式黑體和面源黑體
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應用領域:
黑體的主要功能是產生特定溫度下的標準輻射,因此常用于溫度計量中,尤其是在校準輻射溫度計(如光學高溫計、紅外溫度計和紅外熱像儀)時。
隨著技術步,黑體的應用已不限于溫度計量。在光學領域,黑體成為標準輻射源和背景光源;在測量中,黑體用于研究材料的光譜發(fā)射、吸收和反射特性;在高能物理研究中,黑體還作為中子源。
黑體的發(fā)展歷程
20世紀60年代,初步研究了中溫黑體,但當時技術限制較大,甚至將熱電偶檢定爐中間放置靶子視為黑體。
隨著美國在越南戰(zhàn)爭中使用紅外技術成功偵察胡志明小道,紅外技術開始廣泛應用于軍事領域,推動了黑體技術的發(fā)展,特別是中低溫黑體的研究。20世紀80年代,國外已發(fā)展出低溫黑體,而我國從20世紀90年代開始研究低溫黑體。
近年來,紅外技術在民用領域得到廣泛應用,如紅外資源衛(wèi)星、紅外氣象衛(wèi)星和紅外測溫等,同時也推動了民用黑體產品的研發(fā)。特別是紅外溫度計的廣泛應用增加了黑體市場需求,促進了黑體技術的產品化。
20世紀50年代以來,黑體發(fā)射率技術的研究不斷進行,國內一些大學通過輻射換熱原理提出了黑體發(fā)射率的計算方法。圓柱形黑體的研究也形成了形腔比固定的設計模式。
1998年,俞倫鵬基于等溫和漫反射的輻射換熱原理,推導出了新的黑體發(fā)射率計算公式,并證明了黑體的發(fā)射率與腔口面積、內表面面積的比例以及內表面發(fā)射率相關,而與形狀和溫度無關。這一理論突破為黑體的設計和生產提供了理論支持。
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腔式黑體的發(fā)展也經歷了逐步完善的過程。初期設計考慮形腔比,后期通過熱管技術提高了黑體的等溫性能,開發(fā)出了熱管黑體?,F代的黑體則具有更高精度,尤其是在300℃以下的溫度范圍,具有更高的輻射溫度準確度(0.1~0.5℃)和0.01℃的分辨率。
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