中文名称：黑体炉

    英文名称：blackbody furnace

    定义：由黑体腔及其加热或冷却装置构成的装置。

    应用学科：机械工程（一级学科）；工业自动化仪表与系统（二级学科）；温度测量仪表-温度测量仪表一般名词（二级学科）

    工业自动化仪表与系统

    1.黑体的定义:能全部吸收外部的辐射能量，同时能全部辐射出自身全部能量的物体。量化说明为：吸收率为1，发射率为1。

    2.黑体的主要技术指标:黑体的发射率，黑体腔口直径，温度均匀性和辐射温度不确定度。因此为了确保黑体的产量，通常黑体都是按温度分段设计。

    3.人工黑体:通常我们所说的黑体为人工黑体。人工黑体的发射率接近于1，但不等于1。

    4.黑体的用途:黑体的主要功能是产生一定温度下的标准辐射。因此在温度计量中主要用于检定各种辐射温度计，如光学高温计、红外温度计、红外热像仪等。 随着科学技术的发展，黑体的用途已经不局限于在温度计量方面的应用。在光学方面，已经普遍采用黑体作为标准辐射源和标准背景光源。在测量领域里，黑体已经用于测量材料的光谱发射、吸收和反射特性。在高能物理的研究中，黑体已经用作为产生中子源。 不 同的用途对黑体的要求是不一样的。在温度计量领域，主要是利用黑体辐射和温度的对应关系，因此要求黑体的发射率越高越好。要求黑体的辐射能量按照光谱分布 （也就是黑体光谱辐射能量、也称为单色能量）都能符合普朗克定律，这样我们在检定或校准辐射温度计时，以黑体的温度（或标准辐射温度计）的示值，来修正辐 射温度计的偏差。因此在选择黑体时通常是选择发射率较高的腔式黑体，同时也要注意黑体腔口直径，温度均匀性和辐射温度不确定度。 在 光学应用中，通常要求辐射源的辐射面积较大，但是温度不高，只关注辐射面的温度均匀性而不一定关注辐射能量与温度对应的准确性，因此选择面源黑体较多。但 随着科学技术的发展，现在光学应用中也已经用到大口径的高温黑体，但对发射率的要求可以低一点，达到0.98以上即可，像某些腔些黑体的直径可以达到 65mm，发射率达到了0.995，也非常适合做红外的校验。 对于测试和研究中所采用的黑体，是根据需要设计，种类繁多。用于材料光谱发射率测量的黑体，是一个界于腔式黑体和面源黑体之间的黑体，发射面只有 Φ10mm。用于辐射温度仪器中定点校准用的黑体，是一个定温度的辐射能量很稳定的光源。在国防军工系统使用的黑体中小只有小手指大，因此称为指状黑 体；为了模拟目标，在一个平面上分隔成多个不同温度区域的专用面源黑体称为目标模拟器。等等。

    5.黑体的发展史:黑体开始发展的是高温黑体，早在20世纪50年代，由于光学高温计的应用，当时的苏联和英国已经研制出了黑体炉，高工作温度可以达到2500℃。20世纪 60年代，日本生产出卧式黑体炉，高工作温度为2200℃；同年代，我国也研制出卧式黑体炉，工作温度为900～3200℃。 在20世纪60年代，中温黑体就有人开始研究，因为当时的技术条件限制，对黑体技术（如黑体腔、等温黑体腔、黑体发射率等）认识不足，甚至将热电偶检定炉的中间放置一个靶子就看作是黑体。 自从美国在越南战争使用红外技术，成功地侦察到密林中的胡志明小道后（注：当时胡志明小道是运输线），拉开了红外技术在军事上应用的序幕。随后，各国都 开展了红外侦察、红外伪装、红外制导、红外诱饵、空中防卫等技术的研究工作，这就促进了对黑体技术的研究，尤其是对中低温黑体的研究。因此国外在20世纪 80年代就已经有低温黑体，我国对低温黑体的研究，是从20世纪90开始。 近 30年来，红外技术已经广泛地应用于民用，如红外资源卫星、红外气象卫星、红外加热、红外干燥、医用红外、红外测温等，同时开始了民用黑体产品的研究。尤 其是近20年来，红外温度计的广泛应用，作为红外温度计检定用的主要设备－黑体的市场需求量增加，这促进了黑体技术向产品化传化的进度。 对 黑体技术的研究，尤其是对黑体发射率技术的研制，从20世纪50年代开始，一直是断断续续地进行着。国内一些大学，对黑体发射率进行研究，并根据辐射换热 原理，对当时的黑体产品研究出一套发射率的计算方法。同时，形成了对圆柱形黑体腔，腔体长度和腔口之比（称为形腔比）为一个固定的模式。1998年，在国 防计量科研课题的研究中，专家在基于等温和漫反射的基础上，应用辐射换热原理，导出了黑体发射率全新的计算公式，从理论上证明了只要黑体腔内表面温度均匀 且为漫反射，黑体的发射率只与黑体的腔口面积与内表面面积之比、黑体腔内表面发射率有关，而与黑体的形状、黑体的温度无关，系统阐述了黑体发射率的理论， 使得对黑体发射率理论的研究，向前迈进了一步，同时对于黑体的研制和生产，有着极大的指导意义。 对 于腔式黑体，也是一个逐步发展过程。从开始研制出雏形黑体，到开始重视形腔比，因此改进黑体腔按照一定的形腔比设计，将黑体的性能进行提高；到开始重视黑 体的等温段，尽量提高黑体的等温区域，将黑体的性能进一步提高；到目前为止，应用黑体发射率的理论计算公式指出的改进途径，使黑体的性能又得到提高；这就 是一个不断发展和不断完善的过程。 在 黑体的设计上，人们对于黑体的等温特性越来越重视，黑体腔内表面的温度均匀性已经作为黑体设计主要技术指标；因此对于有的黑体内表面温度均匀性较好的黑体，又称为“等温黑体”。对于黑体内表面温度均匀性的要求，将热管技术应用于黑体，黑体内表面等温效果很好，因此近代使用热管技术研制出的黑体，称为热 管黑体。热管黑体是等温黑体的一种。 随着科学技术发展，需要更高精度的黑体作为标准辐射源，尤其在300℃以下温度段。因此又发展了高精度的黑体，这些黑体辐射温度的准确度在（0.1～0.5）℃和0.01℃分别率。

    6.国内黑体炉研发现状 ：在初期，我国要实现红外技术的研究与开发，要用到黑体辐射源，但是在改革开放的初期，国外实际上对我国有贸易限制，比较有科技含量的产品，你拿再多的外汇也是买不到的。黑体辐射源的研发与生产滞后严重制约了我国红外事业的发展。在20世纪七八十年代，做实验与标定的黑体辐射源，用于红外标定的都是进口产品，如ISOTECH，EOI，相关产品都不错，基本上黑体炉的市场是以美国独大，很好，但是进口成本太过高了，有时受意识形态与关系影响，我们想要进口都难，这个严重限制了我国红外事业的发展，到本世纪初，我国主要科研单位加快了黑体产品的研发进度，黑体炉国产化也发展很快，如武汉的凯尔文光电，昆明的云南仪表厂（已经倒闭），为黑体的市场化做出了杰出的贡献，相关的产品指标与稳定性都与国外产品实现了同步，随着大量产品进入市 场，供给增加，黑体的市场价格也应声下落，红外生产厂家的成本也因规模效应而不断下降，为红外热像产品的市场化，民用化开辟了广阔的市场前景。我国的红外科研也在不断缩小与国外水平的差距。