圖1 熱試驗(yàn)系統(tǒng)框圖

結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中，溫度是代表結(jié)構(gòu)熱響應(yīng)的基本參數(shù)，以儀器艙熱環(huán)境試驗(yàn)為例，艙內(nèi)溫度測(cè)量數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)儀器艙防隔熱設(shè)計(jì)優(yōu)劣的依據(jù)。在按溫度程序控制的熱試驗(yàn)中，試驗(yàn)件表面溫度是參與過(guò)程控制的閉路系統(tǒng)反饋信息，同時(shí)也是總體防隔熱設(shè)計(jì)及其優(yōu)化的依據(jù)。

3、紅外點(diǎn)溫儀波長(zhǎng)選擇

紅外點(diǎn)溫儀根據(jù)波長(zhǎng)分為短波、中波和長(zhǎng)波三種不同的類型，波長(zhǎng)范圍分別為0.7～2μm，3～5μm， 8～14μm。波長(zhǎng)越小，測(cè)溫越高。由于長(zhǎng)波的紅外點(diǎn)溫儀測(cè)溫范圍為﹣40～800℃，不能測(cè)量1000℃以上的高溫，所以不選擇長(zhǎng)波紅外點(diǎn)溫儀。

由于石英燈加熱器的紅外波長(zhǎng)范圍為1～4μm，如果采用短波紅外點(diǎn)溫儀，會(huì)引入有很大的干擾，甚至測(cè)不到數(shù)據(jù)。

基于以上的分析，選用中波型紅外點(diǎn)溫儀，具體參數(shù)為:測(cè)溫范圍為250～1650℃，光學(xué)分辨率70:1，光譜響應(yīng)5μm，響應(yīng)時(shí)間60ms。

4、試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證紅外點(diǎn)溫儀在熱輻射環(huán)境下測(cè)溫的適用性，進(jìn)行了純熱試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。

在一塊100mm×100mm的陶瓷小板中間位置，粘接兩個(gè)熱電偶傳感器，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為T1、T2，同時(shí)，紅外點(diǎn)溫儀也測(cè)量此處的溫度，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為TDW。熱試驗(yàn)的加熱系統(tǒng)由石英燈加熱器、電功率調(diào)節(jié)裝置、測(cè)量熱量的傳感器、控制用計(jì)算機(jī)等部分組成，與試驗(yàn)對(duì)象一起，構(gòu)成閉路控制系統(tǒng)。加熱過(guò)程中，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集試件表面吸收的熱流密度或溫度數(shù)據(jù)，與相應(yīng)時(shí)刻的程序給定值進(jìn)行比較、運(yùn)算，得到的偏差量經(jīng)“數(shù)——?！弊儞Q后，輸給電功率調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)石英燈兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)加熱自動(dòng)控制。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

小板試件表面涂覆一層黑度系數(shù)（發(fā)射率）大的吸熱涂層，這樣既有利于提高表面發(fā)射率又提高了加熱效率。采用紅外測(cè)溫儀和熱電偶可以在試驗(yàn)室的條件下相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)出物體的發(fā)射率：即在物體表面布置熱電偶采用熱電偶和紅外測(cè)溫儀兩種方法測(cè)量溫度，通過(guò)修改設(shè)置紅外測(cè)溫儀的發(fā)射率值使得兩者一致，此時(shí)的發(fā)射率即為被測(cè)物體表面在該溫度下的發(fā)射率。

為了驗(yàn)證發(fā)射率對(duì)測(cè)量精度的影響，同時(shí)也為了測(cè)出發(fā)射率的大致走向，在試驗(yàn)中，手動(dòng)改變了發(fā)射率的值，20～500℃，陶瓷小板的發(fā)射率設(shè)定為0.98，隨著溫度的升高，發(fā)射率降低，500～800℃設(shè)定為0.80，為了和熱電偶比較，溫度最高控制為800℃。試驗(yàn)獲得的溫度測(cè)量曲線如圖3所示。