中温法向辐射率测量仪实验指导书

一、实验目的
用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度ε。
二、原理概述
由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
    (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_e.i  ——i面本身的辐射热量。
        ε_i  ——i面的黑度。
        ψ_i(dk)——k面对i面的角系数。
         E_eff.k——k面有效的辐射力。
         E_b.i——i面的辐射力。
         —— 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、传导圆筒2为黑体。
2、热源。传导圆筒2。待测物体（受体）3，它们表面上的温度均匀（图1）。

图一辐射换熱简图
1—热源  2—传导圆筒  3—待测物体
因此，公式（1）可写成：
Q_net.3=₃(E_{b.1 F1}ψ_i.3+ E_{b.2 F2}ψ_2.3+ε₃E_{b.3 F3})
因为F₁= F₃；₃=ε₃；ψ_3.2=ψ_1.2 又根据角系数的互换性F₂ψ_2.3= F₃ψ_3.2 ，则：
 q₃=Q_net.3/F₃=ε₃(E_b.1ψ_i.3+ E_b.2ψ_1.2)－ε₃E_b.3
= ε₃(E_b.1ψ_i.3+ E_b.2ψ_1.2－E_b.3)           （2）
由于受3与环境主要以自然对流方程换热，因此：
     q₃=(t₃－t_f)                                   （3）
式中：——换热系数
t₃——待测物体（受体）温度
t_f——环境温度
由（2）、（3）式得：
               （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：
ψ_i.3+ψ_1.2=1
由此，（4）式可写成：
      （5）
式中σ_b称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数，其值为5.7×10^-8w/m²k⁴。
对不同待测物体（受体）a,b的黑度ε为：
；

设a_a=a_b,则：
                （6）
当b为黑体时，ε_b≈1，（6）式可写成：
         （7）
四、实验方法和步骤
本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体二组），使热源和传导体的测量点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面状态）和“黑体”（受体仍为待测物体，但表面薰黑）两种状态的受体在恒温条件下，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。
具体步骤如下：
1、热源腔体和受体腔体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧传导体。
2、接通电源，拉开温度设定旋钮使其设定到试验所需温度，设定完成后推进温度设定旋钮，系统自动跟踪设定温度。
3、系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于3℃），开始测试受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3℃时，计下一组数据。“待测”受体实验结束。
4、取下受体，将受体冷却后，用松脂（带有松脂的松木）或蜡烛将受体薰黑，然后重复以上实验，测得第二组数据。
将两组数据代入公式即可得出代测物体的黑度ε_受。
五、注意事项
1、热源及传导的温度不宜超过95℃。
2、每次做原始状态实验时，建议用汽油或酒精将代测物体表面擦净，否则，试验结果将有较大出入。
六、试验所用计算公式
根据（6）式本实验所用计算公式为：
                     （8）
式中： ε₀——相对黑体的黑度，该值可假设为1。
       ε_受——代测物体（受体）的黑度。
_受——受体与环境的温差。
₀——黑体与环境的温差。
T_源——受体为相对黑体时热源的绝对温度。
——受体为被测物体时的热源绝对温度。
T₀——相对黑体的绝对温度。
T_受——待测物体（受体）的绝对温度。

七、实验数据记录和处理（举例）
A₀ 实验数据

序号 N0	热源 ℃	传导  ℃		受体（紫铜光面） ℃	备注
		1	2
1 2 3					室温   ℃
平均 ℃
序号 N0	热源 ℃	传导  ℃		受体（紫铜薰黑） ℃
		1	2
1 2 3
平均 ℃

B₀ 实验结果
由实验数据得：
   ΔT_受=74K             T₀=（135+273）K
   ΔT₀=110K             T^/_源=（259+273）K
   T_源=（261+273）K    T_受=（99+273）K
将以上数据代入（8）式得：

在假设ε₀=1时，受体紫铜（原来表面状态）的黑度ε_受即为0.58。
 

1）按钮功能
按功能/确认键后显示如下：
        
按+/选择键，选择自动换屏或换屏时间设定。如选选择自动换屏按功能/确认键显示如下：
 
按+/选择键，选择单项数椐或选择全部数椐。
选择单项数据(巡检状态)
选择全部数据(同屏显示全部数据)
确定选项后按功能/确认确认。
如选换屏时间设定。按功能/确认键显示如下：

 
换屏时隔(5-99秒默认值5秒）
全屏显示（5-99秒默认值5秒）
用+/选择键或一/手动键设定时间。按功能/确认键确认。
2）对比度
调节液晶屏对比度。
3）+/选择键
当屏幕进入选择状态时，按此键进行功能选择，当选定某项功能后，再按功能/确认键确认。
4）一/手动键
当进入换屏时隔或者全屏显示时，由此键和+/选择键来调整时间，非此两状态下此
键将取消自动换屏功能转入手动选择。
5）温度设定（电压设定）
查看设定电压，拉开电位器屏幕显示显示设定电压此时电压值是上次所设置值，推进电位器，原电压设置值不变。如需重新设置电压值，拉开电位器显示设定电压约等5秒后屏幕显示修改设定电压时，重新设置所需电压值，完毕后推进电位器，新设置值存入。