一種基于高頻加熱的微型管式黑體爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是屬于測(cè)量;測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于高頻加熱的微型管式黑體爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]不同的用途對(duì)黑體的要求是不一樣的。在溫度計(jì)量領(lǐng)域，主要是利用黑體輻射和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此要求黑體的發(fā)射率越高越好。要求黑體的輻射能量按照光譜分布(也就是黑體光譜輻射能量、也稱為單色能量)都能符合普朗克定律，這樣我們?cè)跈z定或校準(zhǔn)輻射溫度計(jì)時(shí)，以黑體的溫度(或標(biāo)準(zhǔn)輻射溫度計(jì))的示值，來(lái)修正輻射溫度計(jì)的偏差。因此在選擇黑體時(shí)通常是選擇發(fā)射率較高的腔式黑體，同時(shí)也要注意黑體腔口直徑，溫度均勻性和輻射溫度不確定度。
[0005]在光學(xué)應(yīng)用中，通常要求輻射源的輻射面積較大，但是溫度不高，只關(guān)注輻射面的溫度均勻性而不一定關(guān)注輻射能量與溫度對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確性，因此選擇面源黑體較多。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在光學(xué)應(yīng)用中也已經(jīng)用到大口徑的高溫黑體，但對(duì)發(fā)射率的要求可以低一點(diǎn)，達(dá)到0.98以上即可，像某些腔些黑體的直徑可以達(dá)到65mm，發(fā)射率達(dá)到了0.995，也非常適合做紅外的校驗(yàn)。
[0006]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)備一黑體的市場(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。
[0007]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。
[0008]目前用于教學(xué)的黑體爐普遍采用較粗的合金絲螺旋纏繞加熱的經(jīng)典方式，其熱損耗較大，體積龐大，耗散功率一般在1500W以上，并具有溫升緩慢的缺點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種功耗低、效率高的一種基于高頻加熱的微型管式黑體爐。
[0010]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，一種基于高頻加熱的微型管式黑體爐，包括外殼，其特征在于:外殼內(nèi)部設(shè)有襯套，襯套內(nèi)設(shè)有金屬導(dǎo)體棒，在金屬導(dǎo)體棒外纏繞有螺線管線圈；在襯套內(nèi)設(shè)有熱電偶，熱電偶連接PID溫控器，PID溫控器通過(guò)高頻振蕩器連接驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器輸出端連接螺線管線圈；所述驅(qū)動(dòng)器包括推動(dòng)變壓器Tr2，Tr2的原線圈端連接高頻振蕩器的輸出端，變壓器Tr2的第一個(gè)副線圈連接MOS管Tl的柵極，MOS管Tl的漏極連接電阻Rl—端、電容Cl 一端和整流橋BRl正輸出端，MOS管Tl的源極連接電容C3—端，電容C3另一端連接變壓器Trl原線圈一端；電容Cl另一端和電阻Rl另一端連接電容C2—端、電阻R2—端和變壓器Trl原線圈另一端，電容C2和電阻R2另一端接地；變壓器Tr2的第二個(gè)副線圈連接MOS管T2的柵極，MOS管T2的漏極連接電容C3—端;在整流橋的輸入端連接220V電源。
[0011 ] 作為一種優(yōu)選方案，所述PID溫控器包括運(yùn)算放大器LM324-1、運(yùn)算放大器LM324-
2、比較器LM324-3和推動(dòng)器LM324-4，熱電偶輸出端通過(guò)電阻R3連接LM324-1的同相輸入端，LM324-1的反向輸入端通過(guò)電阻R7接地，LM324-1的輸出端通過(guò)電阻R8連接LM324-1的反向輸入端;LM324-1的輸出端連接LM324-2的同相輸入端，LM324-2的反向輸入端通過(guò)電阻RlO接地，LM324-2的輸出端通過(guò)電阻Rl I接LM324-2的反向輸入端;LM324-2的輸出端通過(guò)電阻R12連接LM324-3的同相輸入端;+5V電源連接滑線變阻器R18—端、電阻R16—端和電阻R14一端;滑線變阻器R18的滑動(dòng)端連接電阻R15—端、電阻R18另一端和電阻R17—端，電阻R15另一端和電阻R14另一端均連接電容C7—端和推動(dòng)器LM324-4同相輸入端;換線變阻器另一端、電阻Rl 7另一端和電容另一端接地;推動(dòng)器LM324-4的輸出端連接比較器LM324-3的反向輸入端;LM324-3的輸出端連接光耦作為高頻振蕩器的開(kāi)關(guān)。
[0012]進(jìn)一步地，在熱電偶輸出端與放大器LM324-1同相輸入端之間設(shè)置穩(wěn)壓電路;所述穩(wěn)壓電路由電容C5、電感LI和電容C6構(gòu)成。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述高頻振蕩器以SG3525芯片為核心，PID溫控器的輸出端連接SG3525芯片的2引腳和16引腳;SG3525的11引腳及14引腳作為推挽輸出端。
[0014]作為又一種優(yōu)選方案，在220V電源與整流橋之間連接有熔斷器Fl。
[0015]作為另一種優(yōu)選方案，在外殼前側(cè)設(shè)有喇叭口，喇叭口尖端對(duì)應(yīng)金屬導(dǎo)體棒端部，在喇叭口內(nèi)設(shè)有鋁箔膜;設(shè)置鋁箔膜可增強(qiáng)輻射效率。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，與喇叭口相對(duì)應(yīng)地、在喇叭口前端設(shè)有熱電堆探頭，熱電堆探頭通過(guò)輻射放大器連接PC機(jī);所述的輻射放大器包括LF357運(yùn)算放大器，熱電堆探頭的輸出端連接LF357放大器的反向輸入端，LF357運(yùn)算放大器的輸出端連接AD538芯片的2引腳，AD538芯片的Vo引腳作為輸出端與PC機(jī)相連，熱電偶通過(guò)溫度變送器連接A1-808溫控器，A1-808溫控器連接PC機(jī)。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果。
[0018]本實(shí)用新型構(gòu)建低功率微型加熱裝置，使得低功耗高效的實(shí)驗(yàn)裝置成為可能，這對(duì)輻射類測(cè)溫實(shí)驗(yàn)的低成本開(kāi)通具有積極的意義，也極大提高學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的主動(dòng)性和積極性。同時(shí)，能取代舊式的電阻爐，大幅度降低實(shí)驗(yàn)及研究的運(yùn)行成本，積極響應(yīng)的節(jié)能減排的綠色理念，亦具有積極的意義。另外，還具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，不容易出現(xiàn)合金絲機(jī)構(gòu)容易出現(xiàn)的燒芯現(xiàn)象；(2)在較高溫度下，穩(wěn)定性好；(3)發(fā)熱芯沒(méi)有引線困擾，芯體可以制成管狀結(jié)構(gòu)，加工靈活簡(jiǎn)單;(4)發(fā)熱均勻，效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型原理圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型PID溫控器電路圖。
[0021 ]圖3是本實(shí)用新型高頻振蕩器電路圖。
[0022]圖4是本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器電路圖。
[0023]圖5是本實(shí)用新型輻射放大器電路圖。
[0024]圖中，I為熱電堆探頭、2為喇叭口、3為金屬導(dǎo)體棒、4為螺線管線圈、5為襯套、6為熱電偶。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，一種基于高頻加熱的微型管式黑體爐，包括外殼，其特征在于:外殼內(nèi)部設(shè)有襯套，襯套內(nèi)設(shè)有金屬導(dǎo)體棒，在金屬導(dǎo)體棒外纏繞有螺線管線圈;在襯套內(nèi)設(shè)有熱電偶，熱電偶連接PID溫控器，PID溫控器通過(guò)高頻振蕩器連接驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器輸出端連接螺線管線圈。
[0026]如圖2所示，所述PID溫控器包括運(yùn)算放大器LM324-1、運(yùn)算放大器LM324-2、比較器LM324-3和推動(dòng)器LM324-4，熱電偶輸出端通過(guò)電阻R3連接LM324-1的同相輸入端，LM324-1的反向輸入端通過(guò)電阻R7接地，LM324-1的輸出端通過(guò)電阻R8連接LM324-1的反向輸入端；LM324-1的輸出端連接LM324-2的同相輸入端，LM324-2的反向輸入端通過(guò)電阻RlO接地，LM324-2的輸出端通過(guò)電阻Rl I接LM324-2的反向輸入端;LM324-2的輸出端通過(guò)電阻Rl 2連接LM324-3的同相輸入端;+5V電源連接滑線變阻器R18—端、電阻R16—端和電阻R14—端；滑線變阻器R18的滑動(dòng)端連接電阻R15—端、電阻R18另一端和電阻R17—端，電阻R15另一端和電阻R14另一端均連接電容C7—端和推動(dòng)器LM324-4同相輸入端;換線變阻器另一端、電阻Rl 7另一端和電容另一端接地;推動(dòng)器LM324-4的輸出端連接比較器LM324-3的反向輸入端;LM324-3的輸出端連接光耦作為高頻振蕩器的開(kāi)關(guān)。
[0027]進(jìn)一步地，在熱電偶輸出端與放大器LM324-1同相輸入端之間設(shè)置穩(wěn)壓電路;所述穩(wěn)壓電路由電容C5、電感LI和電容C6構(gòu)成。
[0028]圖中Sensor為K型熱電偶產(chǎn)生m