太阳能涂层光谱发射率测量仪的研制

【摘要】：太阳能选择性吸收涂层是太阳能光热转换利用中极为重要的关键材料。随着太阳能的利用越来越被世界各国所关注,为提高太阳能利用的效率和减小太阳能利用的成本,利用涂层的发射率和吸收率等光学性质的测量将有着重要的意义。但是,发射率是一个多元函数,要想准确测量是非常困难的,故研发设计一台太阳能利用涂层光谱发射率测量仪是非常必要的。 本课题选择基于积分球反射计法的光谱发射率测量方法为本测量仪的研发方法,进而设计了涂层光谱发射率的测量系统。本文的研究内容主要体现在以下几个方面: 根据基本三大辐射定律,在总结已有材料表面的发射率测量方法上,以太阳能利用涂层光谱发射率测量仪的实际要求,研究材料光谱发射率的特性以及建立基于积分球反射率法的太阳能利用涂层光谱发射率测量系统的数学模型。按照已建立的数学模型,从光源系统的设计、分光系统的设计、加热控温系统的设计、积分球系统的设计以及系统真空室的设计等各方面搭建测量系统的硬件平台,在此基础上选用USB-2810A卡为光谱采集系统的数据采集卡应用LabVIEW8.60为开发平台编写了测量系统的光谱数据采集系统应用软件。 通过对发射率实验数据分析,验证系统的不确定度、精度、重复性和稳定性等,本课题研制的选择性涂层光谱发射率测量仪在原理上和设计上均符合系统技术指标和要求,能给太阳能涂层的研究以及太阳能的利用提供极大便利。 【关键词】：太阳能涂层 光谱发射率 积分球反射计法 LabVIEW 8.60
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究目的和意义8-9
• 1.2 太阳能选择性吸收涂层发展及利用9-10
• 1.2.1 太阳能选择性吸收涂层发展概述9-10
• 1.2.2 太阳能光热利用中的选择性吸收涂层10
• 1.3 涂层发射率测量方法10-13
• 1.3.1 材料表面的半球发射率测量10-11
• 1.3.2 材料表面的方向发射率测量11-13
• 1.4 材料的光谱发射率测量国内外研究现状13-14
• 1.5 课题主要研究内容14-16
• 第2章 涂层发射率测量系统的理论基础16-23
• 2.1 涂层发射率的特性研究16-18
• 2.1.1 涂层的半球发射率特性研究17
• 2.1.2 涂层的方向发射率特性研究17-18
• 2.2 太阳能选择性吸收涂层的光学性质18-19
• 2.3 基于积分球反射计法的发射率测量系统的模型建立19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 涂层发射率测量仪系统的研制23-42
• 3.1 测量系统的总体设计23-25
• 3.2 测量仪硬件系统设计25-38
• 3.2.1 光源系统设计25-26
• 3.2.2 光源调制盘的设计26-27
• 3.2.3 分光系统设计27-31
• 3.2.4 积分球系统的设计31-32
• 3.2.5 加热控温系统的设计32-37
• 3.2.6 探测器选择37-38
• 3.3 真空室设计38-41
• 3.3.1 真空泵39-40
• 3.3.2 真空度显示40
• 3.3.3 电气接口的设计40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 涂层发射率测量仪光谱采集系统42-56
• 4.1 相干检测锁相放大器42-46
• 4.1.1 相干检测基本原理42-44
• 4.1.2 锁相放大器的组成44
• 4.1.3 锁相放大器的电路设计44-46
• 4.2 数据采集卡46-48
• 4.3 软件开发工具的选择48-49
• 4.4 上位机光谱采集软件系统设计49-55
• 4.4.1 软件系统的设计要求49
• 4.4.2 软件总体设计49-51
• 4.4.3 软件系统各模块设计51-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 涂层光谱发射率测量实验及不确定度分析56-64
• 5.1 材料表面发射率的变化规律56
• 5.2 单色仪的标定56-57
• 5.3 涂层光谱发射率测量实验57-61
• 5.3.1 铝的光谱发射率测量实验及结果58-60
• 5.3.2 石墨的光谱发射率测量实验及结果60-61
• 5.3.3 蓝色涂层光谱发射率测量实验及结果61
• 5.4 涂层光谱发射率不确定度分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

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