基于PASCO系统的低温热辐射影响因素的研究

陈 新，陈 龙，李宇飞，王 珊

(上海工程技术大学，上海 201620)

电子计算机的出现使得各行各业的工作方式出现了翻天覆地的变化，在物理学方面，电子计算机的数据处理能力以及布尔代数系统，使得用电子计算机对物理实验仪器的信号采样及计算成为可能。利用美国PASCO公司传感器热辐射实验系统中的各种传感器和先进的数据采集接口，配以专用的实验数据采集软件，对低温热辐射实验进行研究［1-3］。

1 PASCO传感器热辐射实验系统的测量方法

PASCO热辐射实验系统由TD-8580A型腔体热辐射仪、CI-6552A型功率发生器、CI-6527A型热敏电阻传感器、CI-6628型红外光传感器、CI-6538型转动传感器及其线性运动附件、60厘米光学导轨、光阑底架、750型接口、计算机和Datastudio软件等部分组成［1］。

PASCO热辐射实验系统的测量装置俯视图如图1所示:将装有旋转运动传感器的线性运动附件安置在光轨的一端，将安装了光阑底架的红外光传感器插于旋转运动传感器上的夹槽中。把腔体热辐射实验仪安装在光轨上。调整红外光传感器的高度，使之与腔体热辐射实验仪上腔体中心高度相匹配。实验中，腔体热辐射实验仪上加热的铝立方腔体可以360度旋转，立方腔体与红外光传感器之间距离可以调节改变，推动旋转运动传感器带动红外光感应器可以沿着线性运动附件方向扫描过立方体的一个侧面。

图1 PASCO热辐射实验系统的测量装置俯视图

2 实验测量和数据分析

2.1 加热的铝立方腔体四个不同侧面的红外辐射情况

旋转腔体热辐射实验仪上加热的铝立方腔体，使之四个不同的侧面分别面对红外光传感器，推动旋转运动传感器带动红外光感应器可以沿着线性运动附件方向扫描过立方体的一个侧面，比较不同侧面的红外辐射情况。

图2 铝立方腔体四个不同侧面的红外辐射情况

图2中纵坐标表示红外光传感器测量的光强大小(%)，横坐标表示红外光传感器沿着线性运动附件方向扫描过立方体的一个侧面的相对位置(m)。由图可见在相同温度下，铝四方腔体四个不同侧面的红外光强的比较中，黑面的热辐射量最大，白面和洞磨砂铝面次之，抛光铝面最小，其中的洞磨砂铝面的中心有一个小洞，热辐射在此点达到极大值，可以看出，热辐射在有洞的一个很小的区域内有聚集效应。

2.2 铝立方腔体温度、相对位置对红外辐射的影响

改变铝立方腔体的温度，测量不同温度下铝立方腔体辐射量最多的黑色表面的红外热辐射情况。温度变化范围为40℃ －70℃。

图3和图4中I表示红外光传感器测量的光强大小(%)，X表示红外光传感器沿着线性运动附件方向扫描过立方体的一个侧面的相对位置(m)，T表示测量时立方腔体的温度(℃)。可以明显看出，随着X也就是相对位置的变化，红外热辐射的光强变化呈现先增大后减小的图线，明显看出红外光传感器正对立方腔体中心位置时红外光强最强，并且曲线相对中心位置呈现左右对称的趋势。随着温度T的升高，整个I-X曲线的形状不变，但采集到的光强随温度升高而升高。

图3 温度、相对位置与红外光强的数据云图

图4 温度、相对位置与红外光强的三维立体图

2.3 立方腔体与红外光传感器之间距离及相对位置对红外辐射的影响

改变立方腔体与红外光传感器之间距离，测量不同距离下铝立方腔体辐射量最多的黑色表面的红外热辐射情况。

图5 距离、相对位置与红外光强的数据云图

图6 距离、相对位置与红外光强的三维立体图

图5和图6中I表示红外光传感器测量的光强大小(%)，X表示红外光传感器沿着线性运动附件方向扫描过立方体的一个侧面的相对位置(m)，Y表示测量时立方腔体正对红外光传感器时两者之间距离(m)。可以明显看出，随着距离Y的增大，整个I-X曲线的形状保持不变，但采集到的光强会随距离的增大而逐渐减小。图6更直观地显示出距离热源立方腔体0.14 m*0.18 m整个面积内热辐射量在整个空间的分布情况。

3 结 论

通过对低温热辐射实验中加热的立方腔体的表面特性、温度、距离、相对位置等主要影响因素的研究，发现在相同温度下，铝四方腔体四个不同侧面的红外光强的比较中，黑面的热辐射量最大，白面和洞磨砂铝面次之，抛光铝面最小，其中的洞磨砂铝面的中心有一个小洞，热辐射在此点达到极大值，可以看出，热辐射在有洞的一个很小的区域内有聚集效应;热源呈对称的几何形状时，其扫描过整个热源区域的热辐射曲线也相对其中心位置呈对称分布;热辐射红外光强会随着热源温度的升高而增大;离热源越近，热辐射红外光强越高，随着离热源距离的增加，热辐射红外光强会逐渐减小。

［1］王珊.电脑控制热辐射实验的拓展［J］.科技资讯，2012(30):3.

［2］李伟斌，熊永红.热辐射基础实验［J］.物理实验，2003(1):9-17.

［3］唐丽华.基于PASCO平台的温度信息采集［J］.实验室研究与探索，2007，26(5).

［4］邹元奕，王莹.外力驱动的混沌摆实验仪在研究混沌效用上的应用［J］.大学物理实验，2013(4):13-15.