高温测量黑体腔传感器结构优化设计

作     者：董杰 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴飞

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：高温测量 黑体腔 有效发射率 结构设计 有限元仿真 

摘      要：在国防军事、工农业生产和科学研究中,黑体腔传感器被广泛应用于辐射测温系统中,随着温度测量技术的发展和各行业对测温要求的提高,研制出具有高发射率的黑体腔结构成为国内外研究的重要方向。本文对黑体腔传感器结构优化设计进行了研究。通过对黑体腔传感器静态和动态特性的研究,确定影响黑体腔发射率的因素,为黑体腔结构优化设计提供理论依据。论文的主要内容如下:首先,介绍了黑体腔发射率的计算方法,并对目前常见发射率计算方法的特点进行了详尽的讨论和分析。其次,根据积分方程理论构建多种形状黑体腔结构模型,提出了黑体腔发射率的积分方程算法,计算腔体发射率;采用有限元热分析法计算黑体腔发射率,解决了理论计算黑体腔发射率公式繁琐,建模困难的问题,提高了计算黑体腔发射率的速度。通过两种算法进行对比仿真分析,得出了黑体腔传感器最佳结构参数设计,为黑体腔传感器结构优化设计提供了新思路。最后,采用有限元热分析法分析了黑体腔传感器动态测温过程。构建了多种形状黑体腔三维有限元测温模型,讨论了黑体腔结构参数、材料密度、初始预热温度等参数对黑体腔动态传热过程、动态响应时间的影响,仿真结果与理论结果进行对比分析,验证了有限元方法的可行性和准确性,得到了黑体腔传感器动态测温模型的参数配置。