Способ измерения температуры Советский патент 1980 года по МПК G01J5/02 

Изобретение относится к радиационной пирометрии, к бесконтактным измерениям температуры объектов, находящихся в присутствии посторонних источников теплового излучения, например, находящихся в полости, имеющей температуру, значительно превЕлшающую температуру объекта.

Известен способ измерения темпера-, туры объектов, находящихся в нрисутствии посторонних источников теплового излучения, например, в отражательной печи, заключающейся в том, 15 что контролируемый образец на время измерений закрывают экраном с двумя отверстиями, через одно из которых образец нагревают излучением печи,чёрез другое,расположенное с тыльной не-20 освещенной стороны, измеряют температуру образца яркостным пирометром, для выравнивания температуры образец при измерениях вращают вокруг его оси 1 ..25

Недостаток известного способа . состоит в том, что он непригоден для измерения температуры объектов,. имеющих большие габариты, сложную конфигурацию, поскольку требуется закрн- 30

вать объект экраном и вращать, кроме того, экран снижает скорость нагрева

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения температуры, заключающийся в том, что поток эффективного излучения объекта направляют с помощью оптической системы на фотоприемник и по величине сигнала фотоприемника определяют температуру объекта pj .

Недостаток известного способа состоит в том, что он дает значительные погрешности, так как на результаты измерений сильное влияние оказывает излучение стенок печи, от;ражен-. ное от объекта, и замеренная таким образЬм температура может значительно превышать истинную.

Цель изобретения - повышение точности измерений температуры объектов, находящихся в присутсткин посторонних тепловых источников.

Это достигается тем, что дополни тельно на фотоприемник в противо|фазе направляют часть потока излучения от постороннего источника и по полученному разностному сигналу определяют температуру объекта. В частном случае дополнительно выделяю и направляют на фотоприемник часть потока излучения постороннего источника, равную потоку излучения, отраженному от объекта, полученный сигнал вычитают из сигнала, обусловленного эффективным излучением объек та. Сущность способа вытекает из сле дующих теоретических положений. Сигнал приемника пропорционален qyMMe попадающего на него потоков собственного излучения объекта ФСОБ и отраженного от объекта излучения постороннего источника Ф 3 (ФСОБ- ФбТр) 4 СОБ бтр ( V где а - коэффициентjr зависящий от свойства приемника. Для серых диффузных тел ФсоБ оЭго(2) oTp lPo4oM v, . (3) где), - геометрический коэффициент, характеризующий оптическую систему, направляющую эффективное излучение объекта на фотоприемник; д,ец- степень черноты поверхностей соответственно объекта и постороннего источника, РО- коэффициент отражения объекта р g - о. 1 энергетические яркости абсо. лютно черного тела АЧТ, соот ветственно при температурах объекта и постороннего источникаЧоя угловой коэффициент излучени Направим, кроме того, на фотоприемник часть потока излучения постороннего источника Фц . Сигнал фотоприем ника от этого потока и2 а Фу а-. (.4) где коэффициент, характеризующий оптическую систему, вьщеляющую и на правляющую часть потока излучения постороннегоисточника. Разностный . сигнал U и;-и2 а(р)е:оЗто-ф1Ро%4еи 1ц-р2 и т Л5) Сигнал при градуировке по АЧТ . , , и а ((6) Приравнивая (5) и (б) и переходя от яркостей к абсолютным температурам, пользуясь, например, законом Стефан ВольцМана, получаем формулу для ка жущещзя радиационной температуры: -Tol o SuipoKou-l;) Если из потока излучения постороннего источника выделена часть Ф и д рав ная, потоку, отраженному от объекта Фд , то есть Фц Фо , тогда из (3) и (4) получаем (8) одставляя (8) в (7) получаем т -Т iTF р о « Таким образом исключена погрешность, вызванная излу 1ением постороннего источника, отраженного от объекта. Требуемая часть потока постороннего источника Фц Ф з р может быть ввщелена непосредственно от потока прямого излучения источника, однако наибольшая точность будет получена, если ее выделить из потока излучения постороннего источника, отраженного от холодной пластинки, которую предварительно размещают- вблизи контролируемого объекта. При диффузном характере отражения от пластинки соотношение (4) примет вид: . г аФгРплФплиЕи ти / (9) гдец) - коэффициент отражения пластинки/Pnли угловой коэффициент излучения. Тогда - ,. 4Г 7 П2Рпл плии1и Если обеспечить Ф , Ф ,тогда to РПАФПЛИ В том случае Т тЧТ р о « t-o РавенстЕО-;.: Фц Ф устанавливают при одной -из известных температур объекта, изменяя величину bj ДО тех пор, пока разностный сигнал приемника не станет равньм сигналу при отсутствии постороннего источника. При этом будет выполняться равенство ail ieo VpiPotPoMeyT -l aPnAtPnAHeu TJ сс(Ъ,е„3 Отсюда следует/.что таким образом /Ь - fi- РпАЧпли Такое значение p, как следует из (10), обеспечивает отстройку от влияния постороннего источника на результаты измерений. Точность измерений существенно повышается. Причем эта отстройка сохраняется при любой температуре объекта и источника. На чертеже представлена схема измерений, поясняющая пример конкретной реализации способа. Поток эффективного излучения объекта 1, равный сумме потоков собственного теплового излучения 2 и :отраженного излуч:ения 3, направляют с помощью оптической системы 4 на фот приемник 5, дополнительно вьзделяют направляют с помощью оптической сис темы 6 на фотоприемник 5 часть пото излучения 7 постороннего источника 8, равную потоку излучения 3, отраженному от объекта. Часть потока 7 получают от холодной отражакяцей пла тинки 9, которую предварительно раз мещают вблизи контролируемого объек та. Полученный сигнал вычитают из , сигнала, обусловленного эффективным излучением объекта. По величине результируницего сигнала определяют температуру объекта. Равенство частей потоков излучения постороннего источника 3 и 7, от раженных от объекта и пластинки и попадающих на фотоприемник, устанавливают при одной из известных температур объекта, например, при комнатной , ослабляя часть потока 7, отраженную от пластинки до тех пор, пока разностный сигнал с приемника не станет равным сигналу при отсутствии постороннего источника. При реализации способа в качестве основы оптических систем 4 и 6 использованы световоды, ослабление части потока 7 осуществлялось в оптической системе б с помощью диафрагмы, вычитание сигналов осуществлялось благодаря противофазной модуляции потоков, попадающих на фотопри емник, по двум световодам. Реализация данного способа может быть также осуществлена с применением линзовой или зеркальной оптик Преимущество предлагаемого способа перед известным состоит в повышении точности измерения температуры объектов в присутствии посторонних тепловых источников. При измерениях- по известному спос бу, по эффективному излучению объект измеряемая, радиационная температура равна ,%л( Po-iPoui r 414) „ ... |Ти , Как показано выше, измеряемая по предлагаемому способу радиационная температура аавна причем при обеспечении по предлагае мому способу равенства (13) измеряе мая температура Т Т р о 1 Расчет, проведенный по формулам (14) и (16) для случая Т, 600°К, К., ,8,i 1,срод 0,5,ро ,2, показывает, что измеренная по известному способу температура равна 746К, измеренная по предлагаемому способу температура равна 567К. Учитывая, что истинная температура объекта Т 600°К, получаем, что погрешность измерения по известному способу равна 146 К, по предлагаемому способу 33° К. Таким образом, точность измерений температуры объектов в присутствии посторонних тепловых источников По предлагаемому способу существенно выше, чем по известному способу. В результате использования изобретения будет повышена точность измерений температуры объектов в. присутствии электрической дуги (при сварке), объектов, находящихся в нагревательной печи, и т.д. Это позволит повысить качество выпускаемой продукции, снизить процент брака, связанного с нар иением режимов термообработки, автоматизировать некоторые процессы нагрева, электросварки и т.д. Формула изобретения 1.Способ измерения температуры в присутствии посторонних источников излучения, заключающийся в том, что поток энергии излучения от объекта направляют с помощью оптической системы на фотоприемник и по величине сигнала фотоприемника определяют температуру объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры объекта, дополнительно на фотоприемник в противофазе направляют часть потока излучения от постороннего источника и по полученному разностному сигналу определяют температуру объекта. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что часть потока излучения от постороннего источника устанавливают равной отраженной части потока излучения от объекта. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. l. Авторское свидетельство СССР ft 393619, кл. G 01 J 5/00, 1972. . 2. Ключников А.Д.и Иванцов Г.П. Теплопередача излучением в огнетехнических установках. М., Энергия, . 1970, с. 63.