Способ измерения температуры поверхности тел Советский патент 1989 года по МПК G01J5/06 

1

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано для измерения действительной температуры нагретых поверхностей по собственному излучению.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

в общем случае тепловой поток, пе- редаваемьй излучением от объекта контроля на приемник излучения, рассчитывается по формуле

КА,т;,-ь(1-С), .ГД - коэффициент пропускания спе

3 1455244 ды, находящейся между объектом измерения и приемником излучения (пи); коэффшшент пропорциональности, зависящий от конструктивных особенностей оптической системы и приемника излучения;

б - излучательная способность или степень черноты поверхности объекта контроля; - температура поверхности объекта контроля, фона, окружающего объект., KOHTPO J ля и приемника излучения соответственно,

Этот тепловой поток преобразовыается с козф47ициентом преобразования , в напряжение

10

И

15

20

(-е)т;-,

где ,,

по значению которого определяют температуру Тр .

(1),

для определения Т необхоКак видно из уравне-ния достоверного димо, кроме напряжения U. знать также величины К, g 5 Тф и Т , которые могут изменяться с течением времени и поэтому должны периодически измеряться.

В предлагаемом способе величины К , Тд, и Тг, определяются по результатам измерений лучистых тепловых потоков (одним и тем же ПИ и первым преобразователем в напряжение), исходящих от объекта контроля и объекта-свидетеля при первой температуре Т фона и специально измененных, сначала второй температуре , а затем второй температуре Т объекта - свидетеля. Одновременно с помощью второго преобразователя измеряют температуру Тр- приемника излучения, а с помощью третьего преобразователя- температуру объекта-свидетеля, ран«У , 00гСначала в условиях отсутствия поглощающей среды между объектом контроля и приемником излучения (например, до начала очередного цикла работы технологического оборудования или в лабораторных условиях) производят прием и преобразование в напряжения

и Up инфракрасного теплового излучения, испускаемого объектом-свидетелем при его температуре, равной

оп,

00-i

4

,(, (2)

где 6 - коэффициент излучения объекта-свидетеля.

Р

СоТ,

-т:;. (3)

0

Одновременно третьим преобразователем преобразовывают в напряжения u и

00 (

UI.VVf

оог температуру объектатсвидетеля. |

и ггК ф .

- 001 3-OCt (Д)

TJI К т 002

где- Kg - козффициент преобразования

третьего преобразователя Так как измерения производят при одной и той- же температуре фона Тф| фока и практически одинаковой температуре Tf, приемника, то из уравнений (2)-(4)определяют коэффициент излучения поверхности объекта-свидетеля (ОС) :

(5)

А1

о

Uo2 -Uoi

лПнрг гжгт

L 3к, J

0

5

Это значение д запоминают на весь . период технологического цикла и ис- .пользуют в дгшьнейших расчетах.

Затем в условиях наличия между объектом контроля и приемником из- лу-цения частично поглощающей среды, например пыли или паров воды, т.е. в ходе технологического процесса, производят последовательно прием и преобразование в напряжение инфракрасного теплового излучения, испускаемого объектом контроля при темпе- ратуре Т

э, фона:

40

и,

,,-ь(1-е)т,-т:, (6)

объектом-свидетелем при той же температуре Т(| фона:

45

Ч,г {ь7ос,+(1-А)т.-тЛ

(7)

объектом контроля при специально измененной температуре Тф,фона путем нагрева стороннего инфракрасного излучателя:

0

5

П :КлГЯФ +(1 Р1т -Т 2 J

ектом-свидетелем при той : атуре Тф2 фона:

,+(-fo) 4z-T4

и

ог

(8)

тем(9)

объектом-свидетелем при той же температуре и специально измененной температуре Т, обт екта-свиде- теля:

,-(i.jT;,.T;. (10)

Одновременно вторым преобразователем преобразовывают в напряжения Ujj температуру Т„. приемника излучения при всех измерениях лучистого теплового потока:

. (11)

где Kj - коэффициент преобразования

второго преобразователя, и третьим преобразователем преобразовывают температуру объекта-свидетеля до и после ее изменения:

(12) (12а)

Из уравнений. (9)-(1 2)определяют коэффициент пропускания среды, находящейся между объектом контроля и приемником излучения:

°1 / 1 ч

f.fp - if T

где используется значение величины 6о определенное по уравнению (5). Из уравнений (б)-(9) определяют излучательную способность объекта контроля:

аоГ ъ - oc i -( F и„ -и„

I-U-Cn Гт -Гт-

-О и -ГГ ог - о

(14)

При расчете используют значение величины б.

Из уравнения (7) определяют эквивалентную температуру фона до ее изменения:

HOL р (Jooi), ,

4 КД --0 к v-

m IV 3 К.2V 1 C

-L(p, у---, (15)

с Q

где К и 5о определены ранее по

уравнениям (13) и (5); Ujo, - напряжение, пропорциональное температуре при- емника излучения при измерении II- (уравнение (7)).

Используя величины К, и т,,, определенные по уравнениям (13)-(15), из уравнения (6) определяют температуру объекта контроля (ок) (в Кельвинах ):

4 Hll (i F)/ +( 1

КА ,,v TOK ,(16)

VО

552446

Таким образом, при определении температуры объекта контроля (ОК) по его инфракрасному тепловому излучению g уже в процессе измере1шй периодически определяются и учитываются не только излучательная способность поверхности объекта контроля, но н коэффициент пропускания среды, находя- 10 щейся между объектом контроля и приемником получения, и эквивалентная температура фона, которые после температуры ОК в наибольгией степени определяют величину лучистого теплово- 15 го потока, передаваемого от объекта контроля на приемник излучения.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, дпя осуществления предлагаемого способа. 20 Устройство содержит первичньш пирометрический преобразователь I, блок 2 вычислений и управления, блок 3 преобразования управляющих сигналов, многоканальный аналого-цифровой пре- 25 образователь (АЦП) 4, первый 5, второй 6 и третий 7 усилители, сторонний инфракрасный излучатель 8, объект-свидетель 9 с встроенными в негЬ нагревателем 10 и термопреобразова- 30 телем I.

Первичный пирометрический преобразователь 1 содержит оптическую систему 12, сканирующий блок 13, приемник 14 излучения (ПИ), преобразова- 35 тель 15 температуры ПИ 14 в напряжение.

Объект-свидетель 9 располагается непосредственно у объекта 16-контроля .

40 Сторонний инфракрасный излучатель 8 установлен так, чтобы быть вне поля зрения га-1 14 и облучать поверхности объекта контроля 16 и объекта- свидетеля 9, попадающие поочередно в 45 поле зрения приемника 14 излучения.

Сторонний инфракрасный излучатель В, предназначенный для изменения эквивалентной температуры фона, и объект-свидетель 9 могут нагреваться 0 путем подачи пара, горячей воды или включением электрического нагревателя, а охлаждаться соответственно подачей холодной воды или отключением электрического нагревателя, В зави- 5 симости от типа нагревателей выбираются и средства для преобразования управляющих сигналог и псполнитапь- ные органы, котстые в блок 3 преобразования управляюршх сигналов,

выходы которого соединены с нагревателями стороннего инфракрасного, излучателя 8, объекта-свидетеля 9, а также со сканирующим блоком 13.

Блок 13 предназначен для того, . чтобы направлять поле обзора приемника 14 излучения или на объект 6 контроля, или на объект-свидетель 9,

Блок 3 преобразования управляющих сигналов получает сигналы от блока 2 вычислений и управления, например, через информационную магистраль типа Q-юина.

Блок 2 вычислений и згаравления представляет собой микро-ЭВМ, работающую по программе, которая находится в ее постоянном запоминающем устройстве, В оперативном запоминающем устройстве микро-ЭВМ выделен массив ячеек памяти, в которые передаются, например, методом прямого доступа к памяти данные из многоканального А1Щ 4, Блок вычислений и управления 2 связан с многоканальным аналого-циф- ровым преобразователем 4, например, через информационную магистраль типа Q-1 Шна.

Многоканальный АЦП 4 представляет собой, например, мультиплексор, АЦП и схему, обеспечивающую работу в режиме прямого доступа к памяти блока 2 вычислений и управления, Аналоговы входы многоканального АЦП 4 соединен с выходами первого 5, второго 6 и третьего 7 усилителей, входы которых соединены, соответственно с выходами приемника 14 излучения, преобразователя 15 температуры приемника 14 излучения в напряжение и термопреобра- зователя 11.

Термопреобразователь 11 предназначен для измерения температуры поверхности oбъeктa-cвидeтeJ7я 9 .

Устройство обеспечивает измерение всех необходимых для реализации способа напряжений и вычисление температуры объекта контроля с учетом излучательной способности измеряемой поверхности и коэффициентов пропускания промежуточной среды, чем и обеспечивается повышение точности измерения температуры визируемой поверхности.

Формула изобретения

Способ измерения температуры поверхности тел, заключаюи1ийся в измерении лучистого теплового потока объекта контроля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, производят предварительно при отсутствии частично поглощающей среды одновременное измерение лучистого теплового потока объекта-свидетеля и его температуры с помощью встроенного термопреобразователя при двух различных значениях температуры, по которым рассчитывают и запоминают излучательную способность объекта-свидетеля, затем в рабочих условиях .после измерения лучистого теплового потока объекта контроля измеряют последовательно лучистые тепловые потоки объекта-свидетеля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, затем измеря- ют лучистый тепловой поток объекта- свидетеля при сохранении неизменной второй температуры стороннего инфракрасного излучателя и измененной температуре объекта-свидетеля, при этом при всех измерениях лучистого теплового потока измеряют при помощи соответствующих термопреобразователей температуры приемника излучения и объекта-свидетеля, после чего по данным измерений с учетом ранее вычисленной из лучательной способности объекта-свидетеля рассчитывают температуру поверности объекта контроля.

7

-

Изобретение относится к области радиоационной пирометрии и может быть использовано для измерения действительной температуры нагретых поверхностей по собственному излучению. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. HoNmMO измерения лучистого теплового потока от объекта контроля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами производят также предварительно при отсутствии частично поглощаюР1ей среды измерение лучистого теплового потока объекта-свидетеля и его температуры с помощью термопреобразователя при двух различных значениях температуры, а затем в рабочих условиях измеряют последовательно лучистые тепловые потоки объекта контроля и объекта-свидетеля при облучении их поверх остей сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, а также при сохранении неизменной второй температуре стороннего излучения и неизменной температуре объекта-свидетеля, измеряют одновременно при рсех измерениях лучистого теплового потока температуры приемника излучения и объекта-свидетеля при помощи соответствующих тер- . МОпреобразователей и по полученным значениям вычисляют излучательную способность поверхности объекта измерения, коэффициент пропускания среды и температуры поверхности объекта. Способ позволяет производить измерение температуры поверхностей с учетом изменяющейся излучательной способности, контролируемой поверхности и непостоянных значениях пропускания промежуточной среды, что обеспечивает измерение температуры с более высокой точностью. 1 ил. SS сл и сл ел ГчЭ