兼具防结霜结露和TEC热端散热功能的低温黑体辐射源装置的制作方法

兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置
技术领域
1.本发明涉及红外系统量化技术领域，具体涉及兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置。


背景技术：

2.在低温黑体辐射源的使用中，常用的低温黑体辐射源的升降温需要用到tec作为黑体的主要冷热来源。当tec一面制冷时，另一面则会产生热量，而tec的效率取决热端的散热程度。因此目前常采用的方法为在tec热端添加散热片加水冷，以减少tec热端的热量，从而达到高效率工作。但随着红外仪器的发展，对更低温需求越来越大，常规方法以无法满足其需求，而且在工作时增加液冷循环系统极大的为使用者带来不方便，以及造成对电资源和空间资源的浪费。
3.在低温腔式黑体辐射源的使用中，其低温特性在黑体腔体内会将空气中的水分凝聚陈胜结霜、结露和雾气的现象，这种现象在很大程度上改变腔体内壁的表面发射率，并产生介质吸收现象，致使空腔底部的有效发射率明显降低，成为一项主要的不确定度来源，对红外仪器仪表设备的观测造成遮挡，从而影响其测量的精度。
4.为解决上述问题，常用的防结霜结露的方式是，将干燥的压缩空气或压缩氮气输送至低温黑体辐射源腔体内，让干燥气体气压大于腔体环境气压，以防止含有水分的气体进入腔体内凝结成霜露。这种技术手段需用罐装氮气或空气压缩机来提供干燥气体，噪音较大且罐装氮气体使用时间有限且需不定期加罐，操作不方便，占用体积大，而且从低温黑体辐射源开始降温那一刻起需要一直吹扫氮气，氮气源消耗较大使用费用高昂。
5.为上述问题，中国专利cn110887573a，公开了一种低温黑体辐射源专用防结霜结露的装置，在壳体内安装加热装置、三通电磁阀、制冷装置、固态继电器、温度控制仪表、湿度控制仪表、气泵和气体过滤器等，将空气中的水分通过炉体蒸发掉，湿度传感器测量气体中的湿度值后到三通电磁阀，当湿度值大于设定值时电磁阀处于闭合状态，气体通过排气管排到环境中；当湿度值到达设定值时电磁阀导通让气体进入冷凝器降温，获得干燥的气体再通过过滤器，去除干燥气体中的杂质颗粒物后进入低温黑体辐射源腔体(温度范围零下40℃到155℃)内，腔体空间内的干燥气体气压大于环境的气压，有效防止含有水分的气体进入腔体内凝结成霜、露，本发明安全可靠，温度稳定性好，成本低，工作效率高，有利于对红外光学仪器仪表设备的测量，更利于狭小空间使用。
6.但该专利申请中公开的防霜结露装置中，在低温黑体辐射源的腔体内仍是进入含水分的空气，并需要对该水分进行干燥处理，结构繁杂且操作繁琐。
7.因此，如何解决低温黑体辐射源的冷热来源的同时解决防结霜结雾，实现结构精简、操作简单、稳定地、同步地实现防结霜结雾成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于：针对现有技术中低温黑体辐射源的冷热来源换热及结霜结雾
的系统问题，提供一种兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置。
9.为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置，其特征在于：所述低温黑体辐射源装置包括壳体、固定在壳体上的散热片以及气帘环，散热片通过气体入口连通氮气源，氮气经气体入口进入散热片换热，散热片内设有换热通道；
10.壳体在低温黑体辐射源腔体的开口方向设置气帘环，所述气帘环装有氮气入口，所述氮气入口连通散热片的换热通道的出口，氮气经散热片换热后经氮气入口送入气帘环；所述气帘环为中空形状，其内壁设有等间距、微角度的氮气输出小孔，氮气通过氮气输出小孔吹扫出形成一个封闭的氮气帘，隔绝外界的空气进入低温黑体辐射源腔体。
11.在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
12.作为本发明的优选技术方案：所述散热片上固定安装低温黑体辐射源腔体和半导体tec热制冷装置，所述低温黑体辐射源腔体选用半导体tec热制冷装置换热，所述低温黑体辐射源腔体通过隔热内壳与外界隔绝。
13.作为本发明的优选技术方案：所述散热片后配设一风机，且散热片后端配设一聚风挡板，所述聚风挡板聚集风机的风吹向散热片，增强半导体tec热制冷装置的散热。
14.作为本发明的优选技术方案：所述壳体包括壳体前面板、壳体底板、壳体后面板，所述散热片安装在壳体底板上，所述风机安装在所述壳体后面板上，所述气帘环安装于壳体前面板。
15.作为本发明的优选技术方案：所述散热片内部相互贯通，通过管道相互循环连接。
16.作为本发明的优选技术方案：所述散热片配设气体入口和气体进出口，气体进出口通过管道连通氮气入口。
17.作为本发明的优选技术方案：所述气帘环的形状为方环形。
18.作为本发明的优选技术方案：所述氮气输出小孔等间距、微角度设置。
19.本发明提供一种兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置，利用半导体tec热制冷装置的热端的散热器与前端的气帘环连通，将氮气换热后送入气帘环形成加热后的氮气帘，一方面隔绝外部空气进入，另一方面利用加热后的热气逼离启动时的腔室内的空气，避免启动之后的腔室内冷热交替结霜或结露。另外，散热片和隔绝空气利用同一部分氮气，简化了机构的同时也节省了氮气使用成本。本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置，结构简单、占用空间小、在低温黑体辐射源装置领域具有广泛的应用前景。
附图说明
20.图1为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的结构示意图；
21.图2为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的左视图；
22.图3为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的正视图；
23.图4为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的后
视图；
24.图5为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的尺寸图；
25.图6为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的底部安装图；
26.图7为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的管道连接图；
27.图8为本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置的气帘环结构图。
具体实施方式
28.参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
29.本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置，所述低温黑体辐射源装置包括壳体、固定在壳体上的散热片10以及气帘环15，散热片10通过气体入口11连通氮气源，氮气经气体入口11进入散热片10换热，散热片10内设有换热通道；
30.壳体在低温黑体辐射源腔体8的开口方向设置气帘环15，所述气帘环15装有氮气入口14，所述氮气入口14连通散热片的换热通道的出口，氮气经散热片10换热后经氮气入口10送入气帘环15；所述气帘环15为中空形状，其内壁设有等间距、微角度的氮气输出小孔，氮气通过氮气输出小孔吹扫出形成一个封闭的氮气帘，隔绝外界的空气进入低温黑体辐射源腔体。
31.所述散热片10上固定安装低温黑体辐射源腔体8和半导体tec热制冷装置9，所述低温黑体辐射源腔体8选用半导体tec热制冷装置9换热，所述低温黑体辐射源腔体8通过隔热内壳与外界隔绝。
32.所述散热片10后配设一风机5，且散热片10后端配设一聚风挡板4，所述聚风挡板4聚集风机5的风吹向散热片10，增强半导体tec热制冷装置的散热。
33.所述壳体包括壳体前面板1、壳体底板2、壳体后面板3，所述散热片10安装在壳体底板2上，所述风机5安装在所述壳体后面板3上，所述气帘环15安装于壳体前面板1。
34.所述散热片内部相互贯通，通过管道相互循环连接。
35.所述散热片10配设气体入口11和气体进出口12，气体进出口12通过管道13连通氮气入口14。
36.与现有技术相比，本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置具有以下显著优点：
37.(1)将半导体tec热制冷装置的散热余热与低温黑体辐射源腔体的相结合，通过在低温黑体辐射源腔体的开口处的利用换热后的氮气形成的氮气帘，一方面隔绝外界的空气进入避免带水汽的空气进入进而结露或结霜或雾气，另一方面，利用换热后的氮气填充满辐射面或者辐射腔体，可以保证将腔体内的原有的空气挤出，避免降温过程产生结露、结霜或雾气。
38.(2)散热片采用内部循环换热、风机吹扫换热的结合，可快速降低半导体tec热制冷装置的热端温度，将处于环境温度的低温黑体辐射源降到预期低温。
39.(3)散热片和气帘环采用同一氮气源，简化了结构，避免了结构臃肿，利用同一氮气源，减少了对氮气的使用，降低了使用成本。
40.实施例1
41.如图1-8所示，本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置，使用操作方便体积小重量轻，便于集成低温黑体辐射源的使用。其体积为长324毫米、宽184毫米、高192毫米，重量为5.5公斤，
42.温度范围：-60～150℃
43.温度控制精度：0.01℃
44.温度稳定度：
±
0.03℃稳定
45.发射率：大于0.995
46.体积：324mm
×
184mm
×
192mm
47.重量：小于5.5公斤
48.本发明的兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置由壳体前面板1、壳体底板2、壳体后面板3、聚风挡板4、风机5、电缆插座6、黑体辐射源隔热内壳7、黑体辐射源腔体8、半导体tec9、散热片10、气体入口11、气体出口12、管道13氮气入口14和气帘环15组成。壳体前面板1上安装有气帘环15，气帘环上装有氮气入口14，用于防止黑体辐射腔体产生结露、结霜或雾气，壳体底板2上安装有散热片10，用于tec热端的散热，在散热片面上安装有tec9与黑体辐射源腔体8，tec用于黑体辐射源腔体的加热和制冷，黑体辐射源与外界用黑体辐射源隔热内壳进行隔绝，内壳内部使用发泡剂填充，散热片后端装有聚风挡板4，用于聚集风机旋转产生的风最大限度的吹向散热片，壳体后面板上装有风机5，气体入口11和气体出口12，气体进出口的主要用于，散热片制冷液或者氮气的连接，在只有氮气的情况下，氮气入口14和气体出口12可通过管道13连接，工作时氮气或制冷液通过气体入口11先连接散热片，使散热片温度降低，进而降低tec热端温度，再由气体出口12连接氮气或制冷液入口14使氮气进入气帘的进气口座，氮气通过气帘上面的等间距、微角度的小孔输出，形成一个封闭的氮气帘，有效地隔绝外界空气进入，确保校准过程黑体辐射腔体不会产生结露、结霜或雾气。
49.本发明中，壳体前面板1上安装有气帘环15，气帘环上装有氮气入口14，用于防止黑体辐射腔体产生结露、结霜或雾气，壳体底板2上安装有散热片10，用于tec热端的散热，在散热片面上安装有tec9与黑体辐射源腔体8，tec用于黑体辐射源腔体的加热和制冷，黑体辐射源与外界用黑体辐射源隔热内壳进行隔绝，内壳内部使用发泡剂填充，散热片后端装有聚风挡板4，用于聚集风机旋转产生的风最大限度的吹向散热片，壳体后面板上装有风机5，气体入口11和气体出口12，气体进出口的主要用于，散热片制冷液或者氮气的连接，在只有氮气的情况下，氮气入口14和气体出口12可通过管道13连接，工作时氮气通过气体入口11先连接散热片，使散热片温度降低，进而降低tec热端温度，再由气体出口12连接氮气入口14使氮气进入气帘的进气口座，氮气通过气帘上面的等间距、微角度的小孔输出，形成一个封闭的氮气帘。
50.所述散热片10内部相互贯通，用管道相互连接，起到循环作用。所述风机5旋转带动外界空气通过聚风挡板4汇集，吹向散热片10使散热片10温度降低，从而降低半导体tec热制冷装置热端散热，气帘通氮气防止黑体辐射腔体产生结露、结霜或雾气。
51.散热片同时兼备两种，一种散热方法为风机旋转带动外界空气吹向散热片，使散热片温度降低，从而实现tec热端散热，气帘通氮气防止黑体辐射腔体产生结露、结霜或雾气，此方法可将处于环境温度的低温黑体辐射源降到-10℃；第二种散热方法为氮气先连接散热片的入口，降低tec热端温度，再由出口连接气帘的进气口座，形成一个封闭的氮气帘，此方法可将处于环境温度的低温黑体辐射源降到-60℃。本装置同时利用两种散热方法皆安全可靠，成本低，工作效率高，更利于狭小空间使用，对红外光学仪器设备的测量可以起到很大的支撑作用。
52.本发明为兼具防结霜结露和tec热端散热功能的低温黑体辐射源装置，整个装置包括壳体、以及固定在壳体上的散热片和风机，散热片内部相互贯通用于气体体循环，黑体辐射腔体和tec热制冷装置固定在散热片上，当外界氮气(制冷液)连接散热片进气体口时可快速降低散热片温度从而为tec热端进行散热，提高tec工作效率。在壳体外部固定着气帘环，气帘环设有氮气输入孔，为中空形状，其表面设有等间距、微角度的氮气输出小孔。接通氮气小孔吹扫形成一个封闭的氮气帘，有效地隔绝外界空气进入，本发明可同时通过风冷，氮气冷两方式进行黑体辐射源的低温运行，氮气冷兼具了辐射源防结霜露和tec热端散热的功能，温度稳定性好，成本低，工作效率高，充分利用了氮气的资源，该装置有利于对红外光学仪器仪表设备的测量，更利于狭小空间使用，该装置可根据不同领域，可设计为不同规格的形状和大小。
53.上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。