中溫法向輻射率測量儀實驗指導書

一、中溫法向輻射率測量儀實驗指導書-實驗目的
用比較法，定性地測量中溫輻射時物體黑度ε。
二、原理概述
由n個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用凈輻射法，可以求物體I的純換熱量Q_net.i

(1)
式中：
Q_net.i——i面的凈輻射換熱量。
Q_abs.i——i面從其他表面的吸熱量。
Q_e.i——i面本身的輻射熱量。
ε_i——i面的黑度。
ψ_i(dk)——k面對i面的角系數(shù)。
E_eff.k——k面有效的輻射力。
E_b.i——i面的輻射力。

—— i面的吸收率。
F_i——i面的面積。
根據(jù)本實驗的設備情況，可以認為：
1.傳導圓筒2為黑體。
2.熱源。傳導圓筒2。待測物體（受體）3，它們表面上的溫度均勻（圖1）。

圖一輻射換熱簡圖

1—熱源 2—傳導圓筒 3—待測物體
因此，公式（1）可寫成：
Q_net.3=

₃(E_{b.1 F1}ψ_i.3+ E_{b.2 F2}ψ_2.3+ε₃E_{b.3 F3})
因為F₁= F₃；

₃=ε₃；ψ_3.2=ψ_1.2 又根據(jù)角系數(shù)的互換性F₂ψ_2.3= F₃ψ_3.2 ，則：
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與環(huán)境主要以自然對流方程換熱，因此：
q₃=

(t₃t_f)（3）
式中：

——換熱系數(shù)
t₃——待測物體（受體）溫度
t_f——環(huán)境溫度
由（2）、（3）式得：

（4）
當熱源1和黑體圓筒2的表面溫度一致時，E_b1=E_b2 ，并考慮到，體系1，2，3，為封閉系統(tǒng)，則：ψ_i.3+ψ_1.2=1
由此，（4）式可寫成：

（5）
式中σ_b稱為斯蒂芬——玻爾茨曼常數(shù)，其值為5.7×10^-8w/m²k⁴。
對不同待測物體（受體）a,b的黑度ε為：

；

設a_a=a_b,則：

（6）
當b為黑體時，ε_b≈1，（6）式可寫成：

（7）
四、實驗方法和步驟
本實驗儀器用比較法定性地測定物體的黑度，具體方法是通過對三組加熱器電壓的調整（熱源一組，傳導體二組），使熱源和傳導體的測量點恒定在同一溫度上，然后分別將“待測”（受體為待測物體，具有原來的表面狀態(tài)）和“黑體”（受體仍為待測物體，但表面薰黑）兩種狀態(tài)的受體在恒溫條件下，測出受到輻射后的溫度，就可按公式計算出待測物體的黑度。
具體步驟如下：
1.熱源腔體和受體腔體（使用具有原來表面狀態(tài)的物體作為受體）靠緊傳導體。
2.接通電源，拉開溫度設定旋鈕使其設定到試驗所需溫度，設定完成后推進溫度設定旋鈕，系統(tǒng)自動跟蹤設定溫度。
3.系統(tǒng)進入恒溫后（各測溫點基本接近，且在五分鐘內各點溫度波動小于3℃），開始測試受體溫度，當受體溫度五分鐘內的變化小于3℃時，計下一組數(shù)據(jù)。“待測”受體實驗結束。
4.取下受體，將受體冷卻后，用松脂（帶有松脂的松木）或蠟燭將受體薰黑，然后重復以上實驗，測得第二組數(shù)據(jù)。
將兩組數(shù)據(jù)代入公式即可得出代測物體的黑度ε_受。
五、注意事項
1.熱源及傳導的溫度不宜超過95℃。
2.每次做原始狀態(tài)實驗時，建議用汽油或酒精將代測物體表面擦凈，否則，試驗結果將有較大出入。
六、試驗所用計算公式
根據(jù)（6）式本實驗所用計算公式為：

（8）
式中：ε₀——相對黑體的黑度，該值可假設為1。
ε_受——代測物體（受體）的黑度。
_受——受體與環(huán)境的溫差。
₀——黑體與環(huán)境的溫差。
T_源——受體為相對黑體時熱源的絕對溫度。

——受體為被測物體時的熱源絕對溫度。
T₀——相對黑體的絕對溫度。
T_受——待測物體（受體）的絕對溫度。
七、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理（舉例）
A₀.實驗數(shù)據(jù)

序號 N₀	熱源 ℃	傳導 ℃		受體（紫銅光面） ℃	備注
		1	2
1 2 3					室溫℃
平均 ℃
序號 N₀	熱源 ℃	傳導 ℃		受體（紫銅薰黑） ℃
		1	2
1 2 3
平均 ℃

B₀.實驗結果
由實驗數(shù)據(jù)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
將以上數(shù)據(jù)代入（8）式得：

在假設ε₀=1時，受體紫銅（原來表面狀態(tài)）的黑度ε_受即為0.58。

1)按鈕功能
按功能/確認鍵后顯示如下：

按+/選擇鍵，選擇自動換屏或換屏時間設定。如選選擇自動換屏按功能/確認鍵顯示如下：
按+/選擇鍵，選擇單項數(shù)椐或選擇全部數(shù)椐。
選擇單項數(shù)據(jù)(巡檢狀態(tài))
選擇全部數(shù)據(jù)(同屏顯示全部數(shù)據(jù))
確定選項后按功能/確認確認。
如選換屏時間設定。按功能/確認鍵顯示如下：

換屏時隔(5-99秒默認值5秒）
全屏顯示（5-99秒默認值5秒）
用+/選擇鍵或一/手動鍵設定時間。按功能/確認鍵確認。
2)對比度
調節(jié)液晶屏對比度。
3)+/選擇鍵
當屏幕進入選擇狀態(tài)時，按此鍵進行功能選擇，當選定某項功能后，再按功能/確認鍵確認。
4)一/手動鍵
當進入換屏時隔或者全屏顯示時，由此鍵和+/選擇鍵來調整時間，非此兩狀態(tài)下此
鍵將取消自動換屏功能轉入手動選擇。
5)溫度設定（電壓設定）
查看設定電壓，拉開電位器屏幕顯示顯示設定電壓此時電壓值是上次所設置值，推進電位器，原電壓設置值不變。如需重新設置電壓值，拉開電位器顯示設定電壓約等5秒后屏幕顯示修改設定電壓時，重新設置所需電壓值，完畢后推進電位器，新設置值存入。

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