Способ измерения температуры модели черного тела Советский патент 1986 года по МПК G01J5/60 

1

H3o6f eTeHHe относится к области радиальной пирометрии и может найти применение в прецизионных средствах измерения температуры, входящих в комплекс эталонов энергетической фотометрии, радиометрии, в частности дпя воспроизведения единиц световых величин, например канделы.

Известен способ определения температуры модели черного тела (МЧТ), содержащий операции направления потока излучения из полости исследуемой МЧТ, имеющего температуру Т, , в спектрометр, измерения монохроматической яркости МЧТ на длине волны 9, , в диапазоне длин волн 0,30,7 мкм, в котором справедливо соотношение Вина, и измерения значения монохроматической яркости модели на другой длине волны в диапазоне дпин волн в инфракрасной области спектра. Затем меняют температуру MlT до значения Т и повторяют указанные операции. Вычисляют отношения монохроматических яркостей на двух указанных температурах, решением системы уравнений определяют значения температур Т, и Т, .

Недостатком известного способа является низкая точность измерения, обусловленная низкой точностью измерения монохроматического излучения в ИК-области спектра при существующей аппаратурной реализации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения температуры МЧТ, включающий визирование МЧТ, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн f( и из спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент.

Температуру находят из отношения сигналов.

Недостатком способа является низкая мощность измерения температуры, так как использование неселективных тепловых приемников в указанном спектральном интервале практически невозможно из-за их низкой чувствительности, использование высокочувствительных селектив23357

ных фотоэлектрических приемников заставляет проводить их градуировку, привязываясь к существующей тем-. пературной шкале, что увеличивает

5 погрешность измерения температуры, в результате даже для эталонных средств она составляет 0,1%.

Однако для способов измерения, используемых в эталонах воспроизведения радиометрических единиц, достигнутая точность недостаточна.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается

5 тем, что в способе измерения температуры МЧТ, включающем визирование МЧТ, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн 9, и , из спект20 рального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником измерения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент, визи руют источник синхротронного излучения (си), выделяют спектральные компоненты на тех же длинах волн Л и и измеряют сигналы приемника излучения, пропорциональные ин30 тенсивностям выделенных спектральных компонент, в температуру Т МЧТ определяют по формуле

---

Ч

ч Т-еп 51МММ( 35

Ь(,И(,)UJ J

где Са - вторая постоянная Планка ; (il. S(.) сигналы приемника излучения при визировании МЧТ, соответствующие

спектральным компонентам на длинах воин Д, и Л 2 соответственно;

6 (А,1,5 (Ti)- сигналы приемника излуче ния при визировании источника СИ, соответствую щие спектральным компонентам на дпинах волн Л, и соответственно.

На чертеже представлена принципиальная схема реализации способа. От МЧТ 1 излучение поступает в поворотную фотометрическую сфару 2, являющуюся совместно с монохроматором 3, на выходе которого установлен приемник излучения А, спектрометром.

3

в фотометрическую сферу 2 поступает также излучение источника СИ через канал 5 накопителя 6 электронов.

Способ, осуществляется следующим

образом.

МЧТ 1 выводят на заданный температурный режим и направляют поток излучения на полости исследуемой МЧ в спектрометр, для чего поворачиваю с помощью привода поворота фотометрической системы 7 фотометрическую сферу 2 входным отверстием в сторону МЧТ 1. Монохроматором 3 выбирают длину волны 7(, , в диапазоне длин волн 0,2-0,8 мкм, в котором справедлива формула Вина, и измеряют сигнал приемника излучения 5( Изменяют с помощью монохроматора 3 длину волны в том же диапазоне дпин волн, устанавливая длину волны Aj Вновь измеряют сигнал приемника излучения ) . Приводом поворота фотометрической системы 7 поворачиваю фотометрическую сферу 2 входным отверстием в сторону канала 5 СИ от накопителя 6 электронов, при этом направляют СИ в тот же спектрометр и измеряют на длинах волн А, и Я 2 сигналы приемника излучения 6(, и SCftiloT СИ.

Определяют значение температуры МЧТ с учетом измереннь х сигналов по вьшеприведенной зависимости.

Указанная зависимость вьшедена следующим образом.

В области Вина отношение сигналов , соответствующих вьщеленным спектральным компонентам из излучения МЧТ, определяется формулой , Сг1 Q(AO irt r4TfcgJ QuJ гдеЧ(,,0( спектральные чувстви тельности спектромет ра на длинах волн а 2 соответственно; , спектральные интервалы вьщеляемого из лучения около длин волн Д, и соот ветственно. Спектральный поток СИ Р в предельных случаях при ,цлине волны )6б Т1 7 с , где с - критиче

123357

кая длина волны СИ (Б - энергия электронов; И - напряженность магнитного поля), составляет:

где J - ток; iA - спектральный интервал.

Усредненная по всем углам и энергиям поляризация составляет для этого случая 50%.Использование интегрирующей сферы исключает зависимость от углового распределения СИ, Отношение сигналов приемника излучения, соответствующих спектральным компонентам СИ, примет вид

5(-х.1 QM . (

((( Л (XгГ

Таким образом, получаем, что из отношения спектральных компонент 5(Т,)

для МЧТ и ie ДЛЯ

СИ можно определить Т по формуле

р y.f rrfnf b l C n J ,5(ra J

Анализ погрешности данного способа приводит к следующему уравнению:

Ч.(к Mk

Tlr rr Tl J 1 г)

,где СгС-Х,-- h/Aae/j 2. Т-. 8С UUJ J xUil J г, Эр ГУСХийЗЦ 4-х(т-ГТ LX Л2) J ри значении температуры МЧТ 3000 К; , 0,35 мкм; . мкм ..-о,о(7о; , 9k, -оГ/ Y ° 2(oj46-0,(f+((.6-0,,6-0,,027% J

51

в то время, как в прототипе она составляет 0,1%.

Таким образом, точность данного способа выше точности способа-прототипа в три раза. Использование двух расчетных источников излучения МЧТ и СИ повышает достоверность спо соба.

Экономический эффект от повышения точности измерения температуры МЧТ рассматривается на примере поверочной схемы для световых величин.

233576

В нашей стране на освещение расходуется 13% всей вырабатываемой электроэнергии, т.е. не менее 180 млрд. кВт/ч в год. Повьш1ение точности вос5 произведения световой единицы только на 0,1% за счет повьппения точности измерения температуры МЧТ обеспечит уменьшение затрат электроэнергии на освещение в соответствии с действую10 щими нормами на 3600000 руб. в год, и экономический эффект от внедрения составит 3 руб.13 коп на .каждый рубль затрат.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МОДЕЛИ ЧЕРНОГО ТЕПА, включающий визирование модели черного тела, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн А, и 2 спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спек-, тральных компонент, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности, визируют источник синхротронного излучения, вьщеляют спектральные компоненты на тех же длинах волн ( и Л г измеряют сигналы приемника излучения, пропорциональные интенсивностям выделенных спектральных компонент, а температуру Т модели черного тела определяют по формуле Д.) Г5йг15(П Le4vr5uril7 l J . где С - вторая постоянная Планка; 5(Ti,),5(;)- сигналы приемника излучения при визировании модеi ли черного тела, соответСЯ ствующие спектральным компонентам на длинах волн А, и - соответственно; 5(Л,,5(Д,у- сигналы приемника излучения при визировании источника синхронного излучения, соответствующие спектральным компонентам на IvD длинах волн , и сооо со ел ответственно .

/