黑體的定義:
能全部吸收外部的輻射能量,同時(shí)能全部輻射出自身全部能量的物體。量化說(shuō)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(biāo)定源等。
黑體的主要技術(shù)指標(biāo):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(chǎn)品質(zhì)量,通常黑體都是按溫度分段設(shè)計(jì)。
黑體2種基本類(lèi)型:腔式黑體和面源黑體
黑體的用途
黑體的主要功能是產(chǎn)生一定溫度下的標(biāo)準(zhǔn)輻射。因此在溫度計(jì)量中主要用于檢定各種輻射溫度計(jì),如光學(xué)高溫計(jì)、紅外溫度計(jì)、紅外熱像儀等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,黑體的用途已經(jīng)不局限于在溫度計(jì)量方面的應(yīng)用。在光學(xué)方面,已經(jīng)普遍采用黑體作為標(biāo)準(zhǔn)輻射源和標(biāo)準(zhǔn)背景光源。在測(cè)量領(lǐng)域里,黑體已經(jīng)用于測(cè)量材料的光譜發(fā)射、吸收和反射特性。在高能物理的研究中,黑體已經(jīng)用作為產(chǎn)生中子源。
近30年來(lái),紅外技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于民用,如紅外資源衛(wèi)星、紅外氣象衛(wèi)星、紅外加熱、紅外干燥、醫(yī)用紅外、紅外測(cè)溫等,同時(shí)開(kāi)始了民用黑體產(chǎn)品的研究。尤其是近20年來(lái),紅外溫度計(jì)的廣泛應(yīng)用,作為紅外溫度計(jì)檢定用的主要設(shè)備-黑體的市場(chǎng)需求量增加,這促進(jìn)了黑體技術(shù)向產(chǎn)品化傳化的進(jìn)度。
對(duì)黑體技術(shù)的研究,尤其是對(duì)黑體發(fā)射率技術(shù)的研制,從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,一直是斷斷續(xù)續(xù)地進(jìn)行著。國(guó)內(nèi)一些大學(xué),對(duì)黑體發(fā)射率進(jìn)行研究,并根據(jù)輻射換熱原理,對(duì)當(dāng)時(shí)的黑體產(chǎn)品研究出一套發(fā)射率的計(jì)算方法。同時(shí),形成了對(duì)圓柱形黑體腔,腔體長(zhǎng)度和腔口之比(稱為形腔比)為一個(gè)固定的模式。1998年,在國(guó)防計(jì)量科研課題的研究中,俞倫鵬在基于等溫和漫反射的基礎(chǔ)上,應(yīng)用輻射換熱原理,導(dǎo)出了黑體發(fā)射率全新的計(jì)算公式,從理論上證明了只要黑體腔內(nèi)表面溫度均勻且為漫反射,黑體的發(fā)射率只與黑體的腔口面積與內(nèi)表面面積之比、黑體腔內(nèi)表面發(fā)射率有關(guān),而與黑體的形狀、黑體的溫度無(wú)關(guān),系統(tǒng)闡述了黑體發(fā)射率的理論,使得對(duì)黑體發(fā)射率理論的研究,向前邁進(jìn)了一步,同時(shí)對(duì)于黑體的研制和生產(chǎn),有著極大的指導(dǎo)意義。
對(duì)于腔式黑體,也是一個(gè)逐步發(fā)展過(guò)程。從開(kāi)始研制出雛形黑體,到開(kāi)始重視形腔比,因此改進(jìn)黑體腔按照一定的形腔比設(shè)計(jì),將黑體的性能進(jìn)行提高;到開(kāi)始重視黑體的等溫段,盡量提高黑體的等溫區(qū)域,將黑體的性能進(jìn)一步提高;到目前為止,應(yīng)用黑體發(fā)射率的理論計(jì)算公式指出的改進(jìn)途徑,使黑體的性能又得到提高;這就是一個(gè)不斷發(fā)展和不斷完善的過(guò)程。
在黑體的設(shè)計(jì)上,人們對(duì)于黑體的等溫特性越來(lái)越重視,黑體腔內(nèi)表面的溫度均勻性已經(jīng)作為黑體設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)之一;因此對(duì)于有的黑體內(nèi)表面溫度均勻性較好的黑體,又稱為“等溫黑體”。對(duì)于黑體內(nèi)表面溫度均勻性的要求,將熱管技術(shù)應(yīng)用于黑體,黑體內(nèi)表面等溫效果很好,因此近代使用熱管技術(shù)研制出的黑體,稱為熱管黑體。熱管黑體是等溫黑體的一種。
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,需要更高精度的黑體作為標(biāo)準(zhǔn)輻射源,尤其在300℃以下溫度段。因此又發(fā)展了高精度的黑體,這些黑體輻射溫度的準(zhǔn)確度在(0.1~0.5)℃和0.01℃分別率。
德國(guó)DIAS紅外公司的黑體有CS110、CS400、CS500、CS1500、CS1700,型號(hào)中數(shù)字即為其最高溫度。DIAS是一家極具開(kāi)發(fā)能力的公司,未來(lái)的黑體溫度最高可達(dá)3500度。