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

Изобретение относится к области пирометрии и может использоваться для измерения температуры нагретых тел, у которых изЛучательная способность изменяется с длиной волны по экспоненциально-степенному закону, например;металлов, карбидов, нитридо Известен способ измерения яркостной температуры объектов, основанный на измерении монохроматического пото ка излучения отобъекта, заключающий ся в том, что за яркостную температуру объекта Т принимается температура черного тела, имеющего при выбранном значении длины волны ту же величину спектральной яркости, что и данный объект. Недостатком данного способа определения температуры явля ется то, что полученная в результате измерения яркостная температура Т равна истинной температуре объекта Т только тогда, когда значение излучательной способности на длине волны измерения равно 1 (1). Известен способ измерения взаимно-корреляционной температуры, основанный на измерении потоков излу чения в двух областях спектра, заключающийся в том, что из сигналов, соответствующих потокам излучения, вьщеленным в двух спектральных интервалах, и несущих информацию о тем пературе, образуют результирующий сигнал в виде их произведения. Недос татком данного способа является то, что измеряемая взаимно-корреляционная температура не равна истинной температуре ни при каких значениях излучательной способности реальных объектов. Наиболее близким по технической сущности к настоящему способу являет ся способ измерения температуры, включающий измерение сигналов, пропорциональных спектральной плотности энергетической яркости излучения объекта при двух эффективных длинах волн, и образование отношения сигналов. По отношению сигналов, являюще:муся результирующим сигналом, судят о температуре. С помощью этого спосо 1ба может быть измерена истинная тем|Пература объектов, для которых излучательная способность не зависит от длины Волны.,Недостатком способа является то, что для реальных объектов температура, определяемая по данному способу, может сильно отличаться от 2 истинной, так как у больщинства излучающих тел излучательная способность изменяется с длиной волны. Цель изобрете1гая - повышение точности измерения. Цель достигается тем, что в известном способе. Включающем измерение сигналов, пропорциональных спектральной плотности энергетической яркости излучения объекта при двух эффективных длинах волн, и образование отношения сигналов, измеренные сигналы, пропорциональные спектральной плотности энергетической яркости излучения объекта, до образования отношения нелинейно преобразовывают, причем коэффициент нелинейного преобразования одного сигнала задают через эффективную длину волны, соответствующую другому сигналу. Так, если Bj спектралычые плотности энергетической яркости со значениями эффективных длин волн и , то в настоящем способе отношение сигнапов Up будет иметь вид: t лС Up con5t В//Б , С e.pk.E /Е 1 эквивалентная длина волнъ излучения;об - коэффициент, задающий степень нелинейности преобразования измеренных сигналов и зависящей от свойств излучающего объекта} первая постоянная Планка; вторая постоянная Планка; Излучательная способность объекта на эффективных длинах воли Л, , Яг соответственно;Т - температура. Измеряемая температура будет рава истинной, если зависимость излуча«тельной способности от длины волны для пирометрируемого объекта выражается экспонентой от степенной функци (.хр(ай), где а - произвольный множитель).

Не имея априорных данных об излучательной способности, нельзя заранее задать то значение коэффициента oi , которое позволяет измерять истинную температуру объектов предла гаемым способом. Однако, например, анализ.свойств 26 материалов принадлежащих к классу металлов, нитридов, карбидов, проведенный по 121 сочета.нию данных по излучательной способности из справочника дпя видимой и инфракрасной областей спектра показывает, что истинную температуру объектов, относяпщхся к указанному классу материалов, можно измерить предлагаемым способом, положив ей 0,4. При зтом погрешность измерений температуры данным способом меньше, чем известным цветовым.

Пример. В качестве примера сравним экспоненциально-степенную температуру при величине об 0,4 (определяемую настоящим способом температуру можно назвать экспоненциально-степенной, так как она измеряет истинную температуру объектов, для которых излучательная способность выражается экспонентой от степенной

функции) и цветовую температуру, измеренные для наиболее часто используемых в инфракрасной пирометрии областей спектра со значениями длин волн Л, 1,1 мкм н.1,7 мкм.

Вольфрам. Истинная температура обекта 2000 К. Измеренная известная цветовая температура составила Тц 2300 К, экспоненциально-степенная температура Т 2060 К. Точность измерения температуры настоящим способом в 5 раз выше.

Карбид циркония. Истинная температура, объекта 2100 К. Измеренная известная цветовая температура составила Тц2 2240 К, предлагаемая экспоненциально-степенная температура 1 2120 К. Точность измерения температуры в 2 раза выше.

Нитрид гафния. Истинная температура объекта 2000 К. Здесь измеренная известная цветовая температура Тцд 2030 К, предлагаемая экспоненциально-степенная температура в 6 раз выше.

Таким образом, приведенные примеры позволяют сделать вывод, что в том случае, когда пиpoмeтpиpye iыми объектами являются металлы, нитриды, карбиды, точность определения температуры, измеренной по экспоненциально-степенному способу, в 2-6 раз выше, чем по цветовому способу.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕШЕРАТУРЫ, включающий измерение сигналов, пропорциональных спектральной плотности энергетической яркости излучения объекта при двух эффективных длинах волн, и образование отношения сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измеренные сигналы, пропорциональные спектральной плотности энергетической яркости излучения объекта, до образования отношения нелинейно преобразовьшают, причем коэффициент нелинейного преобразования одного сигнала задают через эффективную длиg ну волны, соответствующую другому сигналу.