黑体辐射源操作规程
2019-09-01批准 2019-09-01实施
黑体辐射源操作规程
一、简介
黑体辐射源作为标准辐射源，主要用于校准辐射温度计、红外红外热像仪和辐射温度传感探测器等。
二、主要技术指标
腔口发射率：≥0.995
温度稳定性：＜±0.1℃/10min或0.1%t/10min的大者
三、使用条件
环境条件：温度(23±5)℃，湿度≤85%RH。周围无强烈震动、腐蚀性气体、粉尘和易燃易爆的气体存在；外接电源：为三相四线制。应满足使用电源的要求及约5KW的总功率；应有缺相保护、过流保护及短路保护等装置；应有可靠的安全接地线。
四、操作程序
1）接通电源
插入220V电源，打开黑体辐射源开关，电源指示灯亮，同时温度控制器液晶屏亮，温控仪进行自检。
2）设定黑体的工作温度
温控器自检完成后，进入主控页面，此时只需要用按上下键即可调节温度，调节到预设温度后放开按键，3s后自动确认设定温度，开始升降温。
3）关机
仪器使用完毕后严禁直接关机，应先将温控仪设定温度调整到
黑体辐射源最低设定温度值：50℃，设定温度确认后在关闭电源。五、事故处理
1）当打开电源开关，黑体温度控制面板所有的指示灯不亮。
检查黑体电源是否接通，动力是否正常。
2）当打开电源开关，面板开关自动跳闸，黑体加热电炉或变压器有短路、碰线等，检查后方可通电。
3）黑体通电后，一切正常，但黑体不升温。
打开仪表面板，检查主加热器过流保护开关是否跳闸。
根据说明书重新设定内部参数。
六、使用维护保养
1）开始升温时，不能从冷态直接升温到600℃，防止因传热温差过大烧坏加热器。
2）黑体在工作室切不可搬动或振荡黑体，否则会损坏加热器。
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目录 第一章绪论 (1) 1.1引言 (1) 1.2课题研究背景及意义 (1) 1.3课题发展与研究现状 (2) 1.3.1面源黑体温度控制的发展现状 (2) 1.3.2自抗扰控制的研究进展与现状 (3) 1.4论文主要工作 (4) 第二章模型辨识与特性分析 (6) 2.1引言 (6) 2.2面源黑体简介 (6) 2.3温控品质要求 (7) 2.4面源黑体温控过程数学建模 (7) 2.4.1面源黑体温控过程原理 (7) 2.4.2模型参数辨识与分析 (9) 2.5本章小结 (11) 第三章温控方法研究 (12) 3.1引言 (12) 3.2 PID控制的基本原理及设计 (13) 3.2.1基于PID的面源黑体温度控制器设计 (13) 3.2.2仿真实验与结果分析 (14) 3.3非线性PID控制的基本原理及设计 (16) 3.3.1跟踪微分器（TD） (16) 3.3.2基于NPID的面源黑体温度控制器设计 (18) 3.3.3仿真实验与结果分析 (18) 3.4 ADRC的基本原理及设计 (21) 3.4.1扩张状态观测器(ESO) (21) 3.4.2 ADRC的线性化动态扰动补偿机制 (23) 3.4.3非线性误差反馈控制律（NLSEF） (24) 3.4.4 ADRC的稳定性分析 (24) 3.4.5基于ADRC的面源黑体温度控制器设计 (28)
3.4.6仿真实验与结果分析 (29) 3.5改进的ADRC算法（SEADRC）及设计 (32) 3.5.1对参数 b的改造 (32) 3.5.2基于扰动估计分离的ADRC算法（SEADRC）及设计 (33) 3.5.3仿真实验与结果分析 (34) 3.6本章小结 (35) 第四章温控系统设计 (37) 4.1引言 (37) 4.2温控系统的硬件设计 (37) 4.2.1硬件总体设计 (37) 4.2.2 Compact RIO控制器简介 (38) 4.2.3转换继电器（TE10A）简介 (39) 4.2.4薄膜加热器 (40) 4.2.5测温传感器与数据传输 (40) 4.3温控系统的软件设计 (42) 4.3.1软件总体设计 (42) 4.3.2 LabVIEW图形化编程软件简介 (42) 4.3.3离散数字化ADRC算法的软件实现 (44) 4.4本章小结 (47) 第五章实验过程与结果验证 (48) 5.1引言 (48) 5.2控制器的鲁棒性分析 (48) 5.3验证SEADRC的实际温控效果 (51) 5.4面源黑体温度的自抗扰控制 (54) 5.5本章小结 (58) 第六章总结与展望 (59) 6.1论文工作总结 (59) 6.2需要进一步开展的工作 (60) 参考文献 (61) 发表论文和科研情况说明 (65) 致谢 (66)
中国石油大学近代物理实验实验报告成绩： 班级：姓名：同组者：教师： 黑体辐射实验 【实验目的】 1、了解黑体辐射实验现象，掌握辐射研究方法。 2、学会仪器调整与参数选择，提高物理数量关系与建模能力。 3、通过验证定律，充实物理假说与思想实验能力。 【实验原理】 黑体是指能够完全吸收所有外来辐射的物体，处于热平衡时，黑体吸收的能量等于辐射的能量，由于黑体具有最大的吸收本领，因而黑体也就具有最大的辐射本领。这种辐射是一种温度辐射，辐射的光谱分布只与辐射体的温度有关，而与辐射方向及周围环境无关。事实上当然不存在绝对黑体，但有些物体可以近似地作为黑体来处理，比如，一束光一旦从狭缝射入空腔体内，就很难再通过该狭缝反射回来，那么，这个开着的狭缝空腔体就可以看作是黑体。 1、黑体辐射的光谱分析 实验测出黑体的辐射强度在不同温度下与辐射波长的关系曲线。 维恩假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦的分子速率分布，导出如下公式 E(λ,T)=bλ?5e?a/λT(1) 式中E(λ,T)称为单色辐出度，它表示单位时间内，在黑体的单位面积上单位波长间隔内所辐射出的的能量，单位是瓦特/米2 ，T表示绝对温度，a,b是与波长和温度无关的常数。这个分布在短波部分与实验结果符合较好，而长波部分偏离较大。 瑞利和金斯利用经典电动力学和统计物理学推导得到单色辐出度 E(λ,T)=2πC λ4 kT （2） 式中，C为真空中的光速，k为玻尔兹曼常量。它在波长很长，温度较高时与实验结果相符合，但在短波段偏离非常大，当频率趋于无穷大时引起发散，这就是当时有名的“紫外灾难”。 普朗克提出：电磁辐射的能量只能是量子化的。他认为黑体是由多个带点谐振子组成，这些谐振子处于热平衡状态，每个振子具有一个固有的谐振频率ν，可以发出与吸收相同频率的电磁波，每个谐振子只能吸收或发射不连续的一份一份的能量，这个能量是一个最小能量ε0 =hν的整数倍，即谐振子能量为E=nhν,n为正整数，h为普朗克常量。在此能量量子化的假定下，他推导出了如下黑体辐射公式： E(λ,T)=2πhc2 λ5 1 e hc/λkT?1（3）
黑体辐射 哈工大航天学院 摘要:黑体辐射问题是经典物理学遇到的极大的挑战，普朗克利用能量子假设成功的解决了这一问题，从而引发了物理学重大的变革。本文主要就黑体辐射问题的来源、普朗克如何解决问题加以介绍。 关键词:黑体辐射、紫外灾难、普朗克、能量子假设 一、问题来源与困难 1.1热辐射的基本概念 一切物质的分子都包含带电粒子，分子的热运动导致物体不断地向外发射电磁波，我们称它为热辐射。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度越高，辐射出的总能量就越大，短波成分也越多。我们定义辐射出射度为在温度为T时，单位时间内从辐射源表面单位面积上辐射出的能量的总和。单位波长间隔内的辐射出射度称单色辐射出射度，用表示。物体除了能发射电磁波，同时还能吸收或反射电磁波，我们定义单色吸收比为物体吸收单位波长内电磁波能量与相应波长入射电磁波能量之比，用表示。 德国物理学家基尔霍夫于1859年提出了热辐射定律，它用于描述物体的辐射与吸收比之间的关系。表示如下： 其中是温度和波长的函数，与物体的具体形式无关。 1.2黑体 在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无反射的物体，即吸收比为1的物体就称为绝对黑体，简称为黑体。事实上当然不存在绝对黑体，但有些物体可以近似地作为黑体来处理，比如，一束光一旦从狭缝射入空腔体内，就很难再通过该狭缝反射回来，那么这个开着狭缝的空腔体就可以看作是黑体。根据基尔霍夫热辐射定律，由于与物体的具体形式无关，当为1时，达到最大，所以黑体既是吸收能量最强的物体也是辐射能力最强的物体。 1.3实验现象 物理学家根据黑体模型得到了黑体辐射的实验现象，如下图1所示。 1879年，斯特藩根据实验曲线总结出一个定律：黑体的辐射出射度与黑体的绝对温度四次方成正比，即，称为斯特藩-玻耳兹曼定律。它表明热辐射的功率随着温度的升高而迅
任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的性质。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。球型腔黑体辐射源，主要用于校准辐射温度计、红外热像仪等辐射测温仪器。黑体辐射源的主要技术指标为黑体空腔发射率、靶面的均匀性、控温稳定性和空腔辐射温度的稳定度。除黑体腔的特殊设计外，腔体内壁面温度均匀性，是黑体技术的关键之一。 本产品符合JJG 856-2015国家计量检定规程。黑体作为标准红外辐射源，它的光谱能量是可以通过计算而获得。 珠海市计量质量检测研究院的黑体辐射源安装调试。 现场图片： 非常感谢珠海市计量质量检测研究院对我们提供黑体辐射源的充分信赖和 认可！客户经过多方面的考虑和比较，最终选择了我司的产品。 一、是非常看好我公司生产的黑体辐射源； 二、是通过对我司的充分了解，口碑好，技术先进，价格合理，售后服务有保障，是国内最好黑体辐射源制造厂家。
为顾客从网络上获取更大的利益是我们工作的宗旨。我们将以最专业的技术、最好售后服务回报广大客户对我们的一贯支持。 愿我们产品仍然能继续得到您的青睐与支持，与您共同发展，创造美好将来。 深圳市计量质量检测研究院的黑体辐射源安装调试。 现场图片： 非常感谢深圳市计量质量检测研究院我司黑体辐射源的充分信赖和认可！客户经过多方面的考虑和比较，最终选择了我司的产品。 一、是非常看好我公司生产的黑体辐射源； 二、是通过对我司的充分了解，知道我司口碑好，技术先进，价格合理，售后服务有保障，是国内最好黑体辐射源制造厂家。 为顾客从网络上获取更大的利益是我们工作的宗旨。我们将以最专业的技术、最好售后服务回报广大客户对我们的一贯支持。愿我们产品仍然能继续得到您的青睐与支持，与您共同发展，创造美好将来。如需更多黑体辐射源的产品有 使用信息可咨询中欧特普科技CE-TEMP为您提供，黑体辐射源是专业且小众 的应用。如需了解更多的产品信息：可联系我们的专业工程师，为您的应用交 流和选型建议。深圳市中欧特普科技有限公司 --德国高端红外测温控制方案提供商
近代物理实验 黑体辐射 任何物体都有辐射和吸收电磁波的本领。物体所辐射电磁波的强度按波长的分布与温度有关，称为热辐射。处于热平衡状态物体的热辐射光谱为连续谱。一切温度高于0K 的物体都能产生热辐射。黑体是一种完全的温度辐射体，能吸收投入到其面上的所有热辐射能，黑体的辐射能力仅与温度有关。任何普通物体所发射的辐射通量都小于同温度下的黑体发射的辐射通量；其辐射能力不仅与温度有关，还与表面的材料的性质有关。所有黑体在相同温度下的热辐射都有相同的光谱，这种热辐射特性称为黑体辐射。黑体辐射的研究对天文学、红外线探测等有着重要的意义。黑体是一种理想模型，现实生活中是不存在的，但却可以人工制造出近似的人工黑体。辐射能力小于黑体，但辐射的光谱分布与黑体相同的温度辐射体称为灰体。 [实验目的] 1. 理解黑体辐射的概念。 2. 验证普朗克辐射定律。 3. 验证斯特藩一玻耳兹曼定律。 4. 验证维恩位移定律。 5. 学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。 [实验原理] 1. 黑体辐射的光谱分布—普朗克辐射定律 德国物理学家普朗克1900年为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难， 推导出一个与实验结果相符合的黑体辐射公式，他创立了物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍的假说，即量子假说，对量子论的发展有重大影响。他利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利—金斯公式衔接，提出了关于黑体辐射度的新的公式—普朗克辐射定律，解决了“紫外灾难”的问题。在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量定义为单色辐射度，普朗克黑体辐射定律为： 式中：第一辐射常数)(1074.3221621m W hc C ??==-π 第二辐射常数)(104398.122 K m k hc C ??== - 其中，h 为普朗克常数，c 为光速，k 为玻耳兹曼常数。 黑体光谱辐射亮度由下式给出： 图1-1给出了T L λ随波长变化的图形。每一条曲线上都标出黑体的绝对温度。与诸曲线的最大值相交的对角直线表示维恩位移定律。
黑体辐射源操作规程 2019-09-01批准 2019-09-01实施
黑体辐射源操作规程 一、简介 黑体辐射源作为标准辐射源，主要用于校准辐射温度计、红外红外热像仪和辐射温度传感探测器等。 二、主要技术指标 腔口发射率：≥0.995 温度稳定性：＜±0.1℃/10min或0.1%t/10min的大者 三、使用条件 环境条件：温度(23±5)℃，湿度≤85%RH。周围无强烈震动、腐蚀性气体、粉尘和易燃易爆的气体存在；外接电源：为三相四线制。应满足使用电源的要求及约5KW的总功率；应有缺相保护、过流保护及短路保护等装置；应有可靠的安全接地线。 四、操作程序 1）接通电源 插入220V电源，打开黑体辐射源开关，电源指示灯亮，同时温度控制器液晶屏亮，温控仪进行自检。 2）设定黑体的工作温度 温控器自检完成后，进入主控页面，此时只需要用按上下键即可调节温度，调节到预设温度后放开按键，3s后自动确认设定温度，开始升降温。 3）关机 仪器使用完毕后严禁直接关机，应先将温控仪设定温度调整到
黑体辐射源最低设定温度值：50℃，设定温度确认后在关闭电源。五、事故处理 1）当打开电源开关，黑体温度控制面板所有的指示灯不亮。 检查黑体电源是否接通，动力是否正常。 2）当打开电源开关，面板开关自动跳闸，黑体加热电炉或变压器有短路、碰线等，检查后方可通电。 3）黑体通电后，一切正常，但黑体不升温。 打开仪表面板，检查主加热器过流保护开关是否跳闸。 根据说明书重新设定内部参数。 六、使用维护保养 1）开始升温时，不能从冷态直接升温到600℃，防止因传热温差过大烧坏加热器。 2）黑体在工作室切不可搬动或振荡黑体，否则会损坏加热器。 _________________________________________________________ 本指导书由热工室编写审核：xx 批准：xx
基尔霍夫热辐射定律 基尔霍夫热辐射定律（Kirchhoff热辐射定律），德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫于1859年提出的传热学定律，它用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。 简介一般研究辐射时采用的黑体模型由于其吸收比等于1（α=1），而实际物体的吸收比则小于1（1>α>0）。基尔霍夫热辐射定律则给出了实际物体的辐射出射度与吸收比之间的关系。 ?M为实际物体的辐射出射度，M b为相同温度下黑体的辐射出射度。 而发射率ε的定义即为 所以有ε=α。 所以，在热平衡条件下，物体对热辐射的吸收比恒等于同温度下的发射率。 而对于漫灰体，无论是否处在热平衡下，物体对热辐射的吸收比都恒等于同温度下的发射率。 不同层次的表达式 对于定向的光谱，其基尔霍夫热辐射定律表达式为 对于半球空间的光谱，其基尔霍夫热辐射定律表达式为 对于全波段的半球空间，其基尔霍夫热辐射定律表达式为 ?θ为纬度角，φ为经度角，λ为光谱的波长，T为温度。
参考文献 ?杨世铭，陶文铨。《传热学》。北京：高等教育出版社，2006年：356-379。 ?王以铭。《量和单位规范用法辞典》。上海：上海辞书出版社 普朗克黑体辐射定律 普朗克定律描述的黑体辐射在不同温度下的频谱 物理学中，普朗克黑体辐射定律（也简称作普朗克定律或黑体辐射定律）（英文：Planck's law, Blackbody radiation law）是用于描述在任意温度T下，从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。这里辐射率是频率 的函数[1]： 这个函数在hv=2.82kT时达到峰值[2]。 如果写成波长的函数，在单位立体角内的辐射率为[3] 注意这两个函数具有不同的单位：第一个函数是描述单位频率间隔内的辐射率，而第二个则是单位波长间隔内的辐射率。因而和并不等价。它们之间存在有如下关系：