GB/T 25965-2010 材料法向发射比与全玻璃真空太阳集热管半球发射比试验方法

　　ICS 27. 160 F 01

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 25965—2010

　　材料法向发射比与全玻璃真空太阳集热管半球发射比试验方法

　　Testmethodsofnormalemittanceofmaterialsand

　　hemisphericalemittanceofall-glassevacuated collectortubes

　　2011-01-10发布 2011-05-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T25965—2010

　　前 言

　　本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会 、全国太阳能标准化技术委员会提出 。

　　本标准由全国太阳能标准化技术委员会(SAC/TC402)归 口 。

　　本标准负责起草单位 :北京卫星制造厂 、北京清华阳光能源开发有限责任公司 、国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京) 、中国标准化研究院 、深圳市嘉普通太阳能有限公司 、清华大学 、中国计量科学研究院 、北京太阳能研究所有限公司 、北京九阳实业公司 、皇明太阳能集团有限公司 、山东力诺新材料有限公司 、江苏太阳雨太阳能有限公司 、湖北华扬太阳能集团有限公司 。

　　本标准主要起草人 :那鸿悦 、黄哲林 、贾铁鹰 、殷志强 、王煜 、韩建功 、刘学真 、周小雯 、杨德山 、陈革 、冯爱荣 、刘希杰 、李旭光 、王万忠 、黄永定 。

　　Ⅰ

　　GB/T25965—2010

　　材料法向发射比与全玻璃真空太阳

　　集热管半球发射比试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了测量光谱选择性吸收涂层法向发射比与全玻璃真空太阳集热管吸收涂层半球发射比的设备 、装置及要求 、试样尺寸及要求 、测试条件 、测试程序及测试方法 。

　　本标准适用于材料及光谱选择性吸收涂层在研制和生产过程中工艺规范筛选以及试样的法向发射比与全玻璃真空太阳集热管半球发射比的测量 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件 ,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准 ,然而 ,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本适用于本标准 。

　　GB/T 12936 太阳能热利用术语

　　GB/T 17049 全玻璃真空太阳集热管

　　3 术语、符号及单位

　　GB/T 12936确立的以及下列术语和定义适用于本标准 。

　　3. 1

　　辐射出射度 radiantexitance

　　Me,W/m2

　　离开表面一点处的面元辐射能通量 ,除以该面元面积 。

　　3. 2

　　发射比 emittance

　　ε,无量纲

　　相同温度下辐射体的辐射出射度与全辐射体(黑体)的辐射出射度之比 。

　　3. 3

　　半球发射比 hemisphericalemittance

　　εh,无量纲

　　相同温度下 ,在 2 π 立体角内辐射体的辐射出射度与黑体的辐射出射度之比 。

　　3. 4

　　法向发射比 normalemittance

　　εn,无量纲

　　辐射体表面在某一温度法向上的发射比 。

　　4 法向发射比测量方法

　　4. 1 测量装置及要求

　　法向发射比测量装置 , 由黑体腔 、试样腔 、零点校正腔 、热敏元件腔和恒温水浴等组成 。黑体腔和试

　　1

　　GB/T25965—2010

　　样腔以热水为工质 ,零点校正腔和热敏元件腔以冷水为工质的法向发射比测量装置的结构示意见图 1。

　　1— 黑体腔 ;

　　2— 零点校正腔 ;

　　3— 试样腔 ;

　　4— 待测试样 ;

　　5— 热敏元件 ;

　　6— 热敏元件腔 ;

　　7— 恒温水浴 ;

　　8— 二次仪表 。

　　图 1 法向发射比测量装置示意图

　　4. 1. 1 黑体腔和零点校正腔完全一致 ,腔深与腔径之比应不小于 3,腔内表面喷涂无光黑漆 ,其半球发射比不小于 0. 90。

　　4. 1. 2 热敏元件腔 :腔深与腔径(腔径一般取 ϕ10 mm 左右) 之比不小于 10, 腔内表面喷涂无光黑漆 ,其半球发射比不小于 0. 90。

　　4. 1. 3 试样腔 :在装上试样后不能漏水 ,夹持试样的零件外表面应镀金并抛光 。

　　4. 2 测量装置辅助设备及二次仪表

　　4. 2. 1 恒温水浴 :测量温度范围为室温(低于 30 ℃) ~ 95 ℃可调 ,在 80 ℃ ,恒温波动度 ±0. 2 ℃ 。

　　2

　　GB/T25965—2010

　　4. 2. 2 低阻检流计 :分度值不大于 1. 1× 10-8 A/mm , 内阻不大于 20 Ω, 临界电阻不大于 100 Ω。

　　或数字万用表 :分辨率应优于 1 μV。

　　4. 3 试样及要求

　　4. 3. 1 试样表面应平整 、均匀 、无污染和裂纹 。

　　4. 3. 2 采用非金属材料或以非金属材料为基材的涂层试样 ,其材料厚度不大于 1. 5 mm。

　　4. 3. 3 试样为正方形 ,边长 40 mm±0. 5 mm ,厚度不大于 2 mm±0. 2 mm。

　　4. 3. 4 试样的制备

　　4. 3. 4. 1 以金属为基体材料的试样可以在成品上剪裁下作为试样 。如果成品不易剪裁也可以采用挂片的方法 。

　　4. 3. 4. 2 全玻璃真空太阳集热管吸收涂层测试试样采用挂片方法 。镀集热管吸收涂层时 ,在集热管的中间和两端挂三片玻璃片或载波片 ,试样厚度 δ≤1. 5 mm ,三片玻璃试样测试结果的平均值表示该集热管或此工艺膜系的法向发射比 。

　　4. 4 测试

　　4. 4. 1 测试前准备

　　4. 4. 1. 1 首先将待测试样按要求放入试样腔内 。

　　4. 4. 1. 2 试样的测试温度应调整在 80 ℃ ±5 ℃的范围内 。

　　4. 4. 2 测试程序

　　4. 4. 2. 1 开启恒温水浴循环水泵 ,使 80 ℃ ±0. 2 ℃的热水在试样腔和黑体腔中循环流动 。零点校正腔和热敏元件腔通入低于 30 ℃的循环水或自来水 。

　　4. 4. 2. 2 当试样温度达到恒定温度时(80℃)且在 5 min~ 10 min内 ,温度波动不大于 0. 2 ℃ ,方可开始进行测试 。

　　4. 4. 2. 3 将零点校正腔置于热敏元件腔上方 ,二次仪表马上显示零点校正腔热辐射输出电信号指示值 φ0。

　　4. 4. 2. 4 取下零点校正腔 ,将试样腔和黑体腔分别依次置于热敏元件腔上方 ,从二次仪表分别显示试样和黑体腔热辐射输出电信号指示值 φs 和 φb,此过程 4. 4. 2. 3 和 4. 4. 2. 4 至少进行 3 次 ,每次间隔不小于 90 s。

　　4. 5 测试数据处理

　　4. 5. 1 法向发射比计算公式

　　根据法向发射比的定义,热辐射体表面法向辐射出射度与在同一温度下黑体的法向辐射出射度之比值 ,为法向发射比 ,待测试样表面法向发射比为 :

　　εsn=εbn …………………………( 1 )

　　式中 :

　　φs— 待测试样在温度 T0 时辐射输出电信号示值 ;

　　φb — 黑体在温度 T0 时辐射输出电信号示值 ;

　　εsn— 待测试样的法向发射比 ;

　　εbn— 黑体的法向发射比 。

　　取黑体的法向发射比 εbn= 1 时 ,则式(1)简化为 :

　　…………………………( 2 )

　　在实际测试中 ,零点校正腔也有辐射输出信号示值 φ0 ,所以在操作时应将测得的 φs 和 φb 同时减去φ0 , 即 :

　　3

　　GB/T25965—2010

　　…………………………( 3 )

　　式中 :

　　φ0— 零点校正腔辐射输出信号示值 。

　　4. 5. 2 数据处理

　　4. 5. 2. 1 测试结果以三次测定结果的算术平均值表示 ,取其小数点后两位数 。

　　4. 5. 2. 2 为了确 定 低 发 射 比 εn ≤0. 1 的 试 样 所 测 数 据 是 否 可 信 , 需 作 如 下 工 作 : 将 一 片 40 mm ×

　　0. 03±0. 01,表示该测量装置所测数据是准确可靠的 。如果所测数据有偏差 ,可以依此数据对待测数据

　　40 mm×1 mm 金片或同样尺寸的铝合金片镀金抛光 ,按本标准第 4 章进行检测 ,所测结果 :金的 εn =

　　进行修改 。

　　5 全玻璃真空太阳集热管半球发射比测量方法

　　5. 1 半球发射比检测仪及要求

　　5. 1. 1 半球发射比检测仪组成

　　全玻璃真空太阳集热管半球发射比检测仪由三部分组成 ,一为测量装置(含冷壁水套等) ,二为测量自动控制仪(含四通道数字显示仪 、三回路调节器等) ,三为数据处理及打印系统 。检测仪组成及结构示意见图 2。

　　1— 测温铂电阻 ;

　　2— 冷却水出 口 ;

　　3— 带吸收涂层的内管 ;

　　4— 罩玻璃管 ;

　　5— 真空夹层 ;

　　6— 冷壁水套 ;

　　7— 测温热电偶 ;

　　8— 加热器引线 ;

　　9— 高温瓷管 ;

　　10— 冷却水入 口 ;

　　11— 循环冷却水 ;

　　12— 水套法兰 ;

　　13— 密封圈 ;

　　14— 固紧法兰 ;

　　H0 — 主加热器 ; H1、H2 — 辅助加热器 。

　　图 2 检测仪组成及结构示意图

　　4

　　GB/T25965—2010

　　5. 1. 2 测量装置结构尺寸

　　检测仪的测量装置(见图 2)由冷壁水套 、加热器(高温瓷管 、加热带) 、法兰盘 、密封圈 、出入水嘴 、测温铂电阻及热电偶等构成 。对不同罩玻璃管的外径选择不同的结构尺寸 ,按表 1选取 。

　　表 1 测量装置结构尺寸 单位为毫米

　　罩玻璃管外径

　　冷壁水套外径

　　冷壁水套长度

　　备 注

　　47

　　80

　　1 000

　　外加附件

　　58

　　80

　　1 000

　　70

　　120

　　1 000

　　5. 1. 3 要求

　　5. 1. 3. 1 冷壁水套

　　成形密封后的冷壁水套通自来水 , 以不漏水为合格 。

　　5. 1. 3. 2 加热器

　　加热器结构示意图见图 3。

　　1— H1 热电偶 ;

　　2、3— H0 热电偶 ;

　　4— H2 热电偶 ;

　　5— 热电偶引出线 ;

　　6— 加热带引出线 ;

　　7— H2 加热带 ;

　　8— H0 加热带 ;

　　9— H1 加热带 ;

　　10— 高温瓷管 ;

　　11— 加热带引线出孔 。

　　图 3 加热器结构示意图

　　加热器总长 630 mm ,主加热器长度为 210 mm。

　　5. 1. 3. 2. 1 高温瓷管

　　加热器用的高温瓷管应符合表 2 的规定 。

　　表 2 高温瓷管的外形尺寸 单位为毫米

　　罩玻璃管外径

　　陶瓷管外径

　　陶瓷管壁厚

　　陶瓷管长度

　　47

　　25±0. 5

　　4±0. 5

　　1 000±2

　　58

　　35±0. 5

　　4±0. 5

　　1 000±2

　　70

　　45±0. 5

　　4±0. 5

　　1 000±2

　　5. 1. 3. 2. 2 加热带

　　加热带应满足表 3所示的尺寸 、电阻和电压的要求 。

　　5

　　GB/T25965—2010

　　表 3 加热带规格

　　罩玻璃管外径/

　　mm

　　宽度/

　　mm

　　长度/

　　mm

　　电阻/ Ω

　　电压/ V

　　47

　　19

　　880±10

　　500±50

　　220

　　58

　　19

　　1 210±10

　　320±50

　　220

　　70

　　19

　　1 680±10

　　250±50

　　220

　　5. 1. 3. 3 传感器

　　5. 1. 3. 3. 1 镍铬-镍硅热电偶 ,测试温度在 80 ℃时 ,误差不大于 ±0. 6 ℃ 。

　　5. 1. 3. 3. 2 铂电阻温度计 ,测试温度在 80 ℃时 ,误差不大于 ±0. 3 ℃ 。

　　5. 1. 3. 4 控制器

　　5. 1. 3. 4. 1 四通道数字显示仪

　　— 电流测量精度不大于 :0. 2%F · S;

　　— 电压测量精度不大于 :0. 2%F · S;

　　— 温度测量精度不大于 :0. 3%F · S。

　　5. 1. 3. 4. 2 三回路 PID 调节器

　　控制精度 :0. 3% 。

　　5. 1. 3. 5 检测仪的热性能检查

　　首先制备一支铝涂层真空管 , 即在 ϕ37 mm(或 ϕ47 mm、ϕ58 mm)内玻璃管用磁控溅射镀膜机溅射一层铝(LY11)膜 ,其他工序与具有选择性吸收涂层的全玻璃真空太阳集热管工序相同 ,其检测结果应符合表 4 的规定 。

　　表 4 铝(LY11)涂层在不同温度下的半球发射比

　　温度/℃

　　半球发射比 εh

　　80

　　0. 02±0. 01

　　100

　　0. 02±0. 01

　　150

　　0. 03±0. 01

　　5. 2 试样

　　全玻璃真空太阳集热管应能满足 GB/T 17049的外形尺寸要求 。

　　5. 3 测试

　　5. 3. 1 测试前准备

　　5. 3. 1. 1 首 先 将 全 玻 璃 真 空 太 阳 集 热 管 置 于 冷 壁 水 套 中 , 两 端 加 密 封 圈 , 用 法 兰 压 紧 , 再 将 内 径ϕ12 mm的水管分别接到冷壁水套的进出水嘴处 ,将进水端接到 自来水龙头上 , 另一端放到排水口处 ,之后试一下流水 ,并且冷壁水套各处不能有漏 、滴水现象 ,方为合格(可以使用循环水冷却) 。

　　5. 3. 1. 2 将带有主加热器与两个辅助加热器及附有四支热电偶的加热器放入集热管的内管中 ,只需留出 3 cm ,并将加热引线和热电偶引线分别接到控制仪的相对应的位置上 。

　　5. 3. 2 测试程序

　　5. 3. 2. 1 开启冷却水水源 ,冷却水流量应控制在 1. 5 L/min~ 3 L/min。

　　5. 3. 2. 2 接通控制仪电源后设定测试温度为 80 ℃ 。

　　5. 3. 2. 3 观察三回路 PID调节器的主加热器和两个辅助加热器的温度是否达到 80 ℃ ±0. 1 ℃ 。

　　5. 3. 2. 4 在 30 min之内主加热器和两个辅助加热器的温度不超出 80 ℃ ±0. 1 ℃时 ,开始采集测量数据 , 即 20 min内分别采集 U、I、T1 、T2 各 400个数据 。

　　5. 3. 3 数据处理

　　将 20 min内采集的 U、I、T1 、T2 各 400个数据取其平均值 ,按照式(4) 计算吸收涂层的半球发射

　　6

　　GB/T25965—2010

　　比 ,取小数点后两位有效数字 :

　　…………………………( 4 )

　　式中 :

　　εh— 待测试样表面半球发射比 ;

　　U— 主加热器通电电压 ,单位为伏(V) ;

　　I— 主加热器通电电流 ,单位为安(A) ;

　　σ— 斯忒藩-玻耳兹曼常数 ,5. 67× 10-8 W/(m2 · K4 ) ;

　　A— 主加热器对应的内管外表面辐射面积 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　T1— 试样表面温度 ,单位为开(K) ;

　　T2— 冷壁水套进出口水温的平均值 ,单位为开(K) 。

　　由计算机和打印机可以给出测试结果 εh 值 , 以及升温和平衡时温度随时间变化的曲线 。