Способ полихроматического определения истинной температуры Советский патент 1992 года по МПК G01J5/50 

Изобретение относится к области пирометрии излучения и может быть использовано при определении температуры твердых или жидких веществ.

Известен способ полихроматического определения истинной температуры, в котором из собственного излучения выделяют сигнал коррекции, которым корректируют вариацию излучательной способности в процессе измерения.

Известен также способ полихроматического определения истинной температуры объектов, имеющих в исследуемом интервале длин волн возрастающий, убывающий или неселективный характер спектральной зависимости отражательной или излуча- тельной способности, включающий измерение отношений составляющих спектра излучения обьекта, в том числе возведенных в степень, В этом способе коррекция осуществляется за счет возведения одной, или нескольких компонент в степень, с показателями, минимизирующими влияние излучательной способности. При этом при большой разнице между значениями излучательной способности у различных спектральных компонент методическую погрешность полностью исключить трудно, а иногда и невозможно.

Целью изобретения является повышение точности полихроматического определения истинной температуры объектов за счет сближения коэффициентов излучательной способности в исследуемом интервале длин волн.

Очевидно, чем ближе, например, в бих- роматическом пирометре отношения значе- ний коэффициентов излучательной способности ei и ближе Јi/Ј2 к единице и, следовательно, методическая погрешность меньше.

Так например, при измерении температуры алюминия и его сплавов в процессах прессования и прокатки методическую погрешность не удается получить менее + 1- 1,5%.

со

с

xj Ч О VI со О

Предложенный способ позволяет довести величину этой погрешности до ±0,5% и даже до ±0,2+0,25%.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе полихроматического определения истинной температуры объектов, имеющих в исследуемом интервале длин волн возрастающий, убывающий или неселективный характер спектральной зависимости отражательной или излучательной способности, включающем измерение отношений составляющих спектра излучения, в том числе возведенных в степень, излучение переотражают поверхностью, имеющей неселективный или качественно такой же, что и у объекта, возрастающий или убывающий характер зависимости коэффициента отражения от длины волны,

Способ осуществляют следующим образом,

Переотражают излучение поверхностью, имеющей неселективный или качественно такой же, что и у объекта, возрастающий или убывающий характер зависимости коэффициента отражения от дли- ны волны.

Измеряют отношения составляющих спектра излучения, в том числе возведенных в степень.

На чертеже изображена оптическая схе- ма устройства для осуществления способа.

Схема включает излучающую поверхность 1 исследуемого объекта, отражающую поверхность 2, например плоское зеркало, имеющее отражающее покрытие с неселек- тивным или качественно таким же, что и у объекта возрастающим или убывающим характером зависимости коэффициента отражения от длины волны, окно 3 в отражающей поверхности 1, через которое фокусируется пирометр и полихроматический пирометр 4.

Пунктиром показано прямое излучение от излучающей поверхности 1. Сплошными линиями показано излучение от поверхно- сти 1, переотраженное отражателем 2, также попадающее через окно 3 в объектив пирометра 4.

Поясним количественно предлагаемый способ,

Обозначим суммарные потоки излучения с длинами волн AiAaAn попадающие в объектив или световод пирометра

через: Fi, F2Fn

тогда

F e +K/f- g/ e,-)2... F M« V -Ј2 M2+MzVejV.,,

{„--Јпеп+кп(1-Јп)(1-Јп%п

где EI , Ј2Јn излучэтельные способности поверхности с длинами волн AI , Дг ,..., An ; ;

bi, D2..., bn - значения спектральных потоков с длинами волн AI , hiAn ; у черного тела;

Ki, K2,..., Кп коэффициенты, определенные спектральной зависимостью коэффициента отражения для длин волн Ач , А2АЛ ; и геометрией, в т.ч. расстоянием, углами расположения зеркала, его размерами и диаметром окна.

Т.о., на соотношение между коэффициентами Ki, K2,... Кп можно влиять выбором материала отражающего слоя зеркала, конструкцией, оптикой отражателя 2,

П р и м е р 1. Рассмотрим реализацию предлагаемого способа на простейшем, примере бихроматического пирометра, работающего вначале по алгоритму пирометра спектрального отношения.

Пусть значения длин волн такого пирометра AI 1,6микрон и А2 2,5 микрон, а поверхностью излучения является алюминий, В этом случае ei 0,12 и Ј2 0,08. Т.е. излучательная способность убывает с увеличением длины волны.

Для наглядности положим, что спектральная отражательная способность отра- жателя-2 такова, что KI 0. Это можно получить покрывая зеркало-2 отражающим слоем, например, светофильтром, который пропускает излучение с 2 и полностью поглощает излучение на AI , т.е. Kt 0. К2 - положим равным 0,25 и будем считать, что геометрия системы такова, что достаточно рассматривать только одно отражение.

Положим также, что истинная температура поверхности равна 800 К. Тогда, без отражающего зеркала методическая поправка будет

Сг fff -f-Ј In %; ЛТ 1--

т.е. Л74388

-Л . Я г. Я

- b,h микрон

С отражающим зеркалом

517707806

-1 Л - Ј т методическая погрешность в этом способе

лт с f 4-Ј К (f+Ј )будет определяться выражением:

.. 0,2dT-. L. Еп° °8 „a J

44388408 008-0,250-0,08) Ј4 1пЈ 1П0,Ъ n УГ

1ДТ 1 x 3,7микрон

Л Теперь4положим. что за счет появленияПри «утствии зеркала In | 0 . и елешероховатости излучательная способность довательно ДТ О алюминиевой поверхности увеличилась иПри увеличении шероховатости:

стала:Ј, 0,35 I/ Ј2 0,25/

Ј1 0.35; 0,25,, ,55Ш -,

ЛТ 6125 23 М ИЈ Н; Тогда погрешность в обычном методе

спектрального отношения, без сближения. т ,д . ЛТ в

значений излучательных способностей бу--on, - / /о .

дет:При использовании предлагаемого спо соба сближения

Ат-1 4,44-106, 0,35 лмЈ, 0,12.; (-Ј) к .

14388 (Г25 Реиипрон; 222 2 ,

0,,08 (1-0,ОВ)0.25 0,098Ь}

,4%. 25

епЈ in 0,12 ОУ

При применении предлагаемого способа сближения:ПРИ глаДкой поверхности

30

AT 1 4 l4388°6 . ffOl12v

& с2 -3 7 1 ш омшящъя

ЛТ 5реуь/«рон; ДТ К .

П 0.25 + 0.25°(f- 0,25) 0,25 50 35

При шероховатой поверхности

Т 32 К; т.е. погрешность измерения., 6

при вариации излучательной способности 40ДТ 1 in

С2 Л Т 49 - 49

1.25%.0351.09

|П 0.25+0.25 (1-0.25)-0.25 - Т.о. в традиционном методе бихромати- 45 ческой пирометрии спектрального отношения предлагаемый способ уменьшает зад-j- д . ДТ 9 - 4 Q с о/ счет сближения значений EI и ег методиче- Т 800 скую погрешность в 3 раза.

12,5 -9 3,5% без зеркала;50 Итак, в бихроматическом методе с про5-4 1 % с зеркалом.стейшей автоматической коррекцией, предП ри ме р2. Рассмотрим теперь приме- лагаемый способ сближения позволяет нение способа сближения в бихроматиче- уменьшить методическую погрешность от ском пирометре с автоматической вариации излучательной способности на коррекцией. Здесь для коррекции применя- 55 250-300%, т.е. в три раза, ется возведение напряжения, пропорционального первой спектральной яркости вФормула изобретения степень п, где n In Ј2 min/ln ei min, т.о.,

Способ полихроматического определения истинной температуры объектов, имеющих в исследуемом интервале длин волн возрастающий, убывающий или неселективный характер спектральной зависимости отражательной или излучательной способности, включающий измерение отношений составляющих спектра излучения, в том числе возведенных в степень, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет сближения значений коэффициентов излучательной способности в исследуемом интервале длин волн, излучение переотражают поверхностью, имеющей неселективный или качественно такой же, что и у объекта, возрастающий или убывающий характер зависимости коэффициента отражения от длины волны.

Сущность изобретения: переотражают излучение исследуемого обьекта с помощью поверхности, имеющей неселективный или качественно такой же, что и в излучающей поверхности, возрастающий или убывающий характер зависимости коэффициента отражения от длины волны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.