Способ определения температуры поверхности Советский патент 1985 года по МПК G01J5/00 

Изобретение относится к пирометрии и может быть использовано для определения температуры поверхности окруженной нагретыми телами, например для измерения температуры лопат турбомашин. Известен способ определения температуры поверхности, основанный на измерении ее яркостной температуры с помей ью пирометра. Недостатков этого способа является, низкая точность определения те пературы поверхности, находящейся в окружении других нагретых тел, так как на тепловое излучение иссле дуемой поверхности накладьшается отраженное ею излучение нагретых окружающих тел, что приводит к завы шению показаний пирометра. Известен способ определения тем пературы поверхности с учетом влия ния окружающих нагретых тел, в кот ром сначала измеряют температуру исследуемой поверхности, а затем определяют поправку к температуре. Как отмечалось выше, на теплово излучение исследуемой поверхности накладьгоается отраженное ею излучение нагретых окружающих тел, поэ тому для определения температуры и следуемой поверхности необходимо из измеренной температуры вычесть поправку. Последнюю определяют по известным зависимостям, исходя из температур, коэффициентов черноты, угловых коэффициентов нагретых окру жающих тел и угловой зависимости коэффициентов отражения исследуемой поверхности.

Недостатком указанного способа является низкая точность определения температуры поверхности, поскольку угловые коэффициенты известны лишь для ограниченного числа геометрически простых поверхностей, расположенных одна относительно другой в простейших отношениях (параллельно или перпендикулярно друг другу).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения температуры поверхности, включающий измерение яркостной температуры поверхности в условиях попадания на нее излучения окружающих нагретых тел и измерение яркостной температуры нагретых тел. Он позволяет определить температуру поверхности образца в

вызывающим флуоресценцию, измеряют яркости 1-го тела и исследуемой поверхности, после чего вводят отрицательную поправку к измеренной яркостной температуре поверхности, определяемую по формуле

К.6,

;iT

8,

TO - измеренная яркостная температура исследуемой поверхности-,

Я эффетивная длина волны пирометраС,вторая постоянная формулы излучения Планка; 0 солнечной печи и заключается в следующем. Образец с исследуемой поверхности устанавливают на оптической оси отражателя (вогнутого зеркала) и измеряют температуру исследуемой поверхности, разогретую солнечным излучением, пирометром, работакищм на линии поглощения солнечного излучения парами воды и углекислого газа. После этого с помощью оптических средств Создают изображение солнца в месте расположения исследуемой поверхности, измеряют температуру ,, этого изображения и по известной зависимости определяют поправку, которую вычисляют из измеренной ранее температуры поверхности. . Недохзтатком данного способа является низкая точность определения температуры поверхности, так как не представляется возможным воспроизвести с помощью оптических средств (например линз, зеркал и т.п.) индикатрису отражения исследуемой поверхности. Целью изобретения является повышение точности определения температуры поверхности. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения температуры поверхности, , включающем измерение яркостной температуры поверхности в условиях попадания на нее излучения окружающих нагретых тел и яркостной температуры нагретых тел, поочередно каждое j-oe из окружающих тел в ненагретом состоянии покрывают флуоресцируннцим 3 К - коэффициент частичного ражения исследуемой поверх ности j яркости i-ro тела и исследуемой поверхности в не нагретом состоянии; В;,BO- яркости i-ro тела и исследуемой поверхности в нагретом состоянии, найден ные по измеренным яркостньм температурам. Покрытие каждого i-ro из окружа щих тел в ненагретом состоянии флуоресцирующим составом и освещение его источником света позволяет выз- вать холодное свечение вьпиеупомянутой поверхности и экспериментально определить коэффициент частичного отражения исследуемой поверхности. Последующее измерение в нагретом состоянии яркости каждого 1-го из окружающих тел и исследуемой поверх ности и определение отрицательной поправки по формуле позволяет повысить точность определения температу ры. Согласно формуле Вина, спектраль ная плотность яркоста 6о исследуемой поверхности определяется следу ющим образом первая и вторая постоян ные излучения Планка-, - длина волны спектра излучения , Тд - температура исследуемой поверхности. Продифференцируем формулу Вина по То . Я я Переходя к конечньм приращениям, находим связь относительно изменени яркости и температуры d5, С, .Т. отсюда Используя принцип суперпозиции, запишем относительное увеличение яркости исследуемой поверхности через коэффициенты К частичных отражений исследуемой поверхности и яркости б поверхностей нагретых окружающих тел дбд 1с,б,Кдбг..,в, tr 8« 8, В Коэффициент к, частичного отражения вычисляют по ,i. где Ь,-, Ь,- яркости поверхностей -го тела и исследуемой соответственно. Кажущееся увеличение температуры исследуемой поверхности за счет влияния нагретых окружакяцих тел можно записать следукнцим образом .На чертеже представлена схема устройства, предназначенного для реализации предлагаемого способа. Она содержит поверхности 1 окружающих тел, источник 2 света, исследуемую поверхность 3, фотометр 4, пирометр 5. Способ реализуется следующим образом. Поверхность 1 одного из окружающих тел в ненагретом состоянии покрывают флуоресцирующим составом, например цинксульфидным фосфором, освещают источником 2 света, например ртутной лампой, длина волны которого лежит в диапазоне 300-400 нм. При этом возникает свечение поверхности 1 в диапазоне длин волн 50700 мм. С псмощью фотометра 4 измеряют .яркость в поверхности на эффективной длине волны пирометра 5 (обычно 650 в), а также яркость to, исследуемой поверхности 3. По полученным данным вычисляют коэффициент К частичного отражения исследуемой поверхности по формуле ,69,/В, Затем покрытие удаляют с одной поверхности t и покрывают фпуоресцируюо им составом поверхность другого из окружающих тел, находящуюся в ненагретом состоянии, освещают ее источником 2 света, измеря-. ют яркость 2 поверхности 1 и яркость Ь исследуемой поверхности 3, после чего вычисляют коэффициент 2 частичиого отражения.

Это повторяется до тех пор,, пока не будут найдены все коэффициенты К по количеству п поверхностей окружающих тел.

Все эти операции выполняются один раз для данной конструкции с целью вычисления коэффициентов К, частичных отражений.

Затем в нагретом состоянии с помощью фотометра 4 измеряют яркости

6i , Bj ,. .., Bj, каждой поверхности 1 нагретых окружающих тел и яркость

BO исследуемой поверхности 3, а с помощью пирометра 5 измеряют яркостную температуру исследуемой поверхности. Затем определяют отрицательную поправку к измеренной яркостной

9500106

температуре по следующей зависимости

п

Хк,в..

.гЛ1

1«1

С2

в„

Использование предлагаемого способа определения температуры поверхности по сравнению с использованием известного обеспечивает повышение точности на 2%.

Использование способа для определения температуры.лопаток турбомашин позволит получить более достоверные результаты, что сократит непроизводительные затраты времени на 15%.

Ф

СПОСОБ ОПРЕДЕЖНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ, включагадий измерение яркостной температуры поверхности в условиях попадания на нее излучения окружающих нагретых тел и измерение яркостной температуры нагретых тел, отличающийс я тем, что, с целью повьшения точности, поочередно каждое -ое из окружающих тел в ненагретом состоянии покрывают флуоресцирую1цим составом, освещают его источником света. вызывающим флуоресценцию, измеряют яркости i-го тела и исследуемой поверхности, после чего вводят отрицательную поправку к измеренной яркостной температуре поверхности, определенную по формуле и К.6. AT isi дт . где Та - измеренная яркостная температура исследуемой поверхности; А - эффективная длина волны пирометра-, вторая постоянная формулы . излучения Планка К- -гкоэффициент частичного от ражения исследуемой поверхности-, Ь; ,Ьр - яркости i-ro тела и исслеКУ1 дуемой поверхности в ненагретом состоянии; 6.,6j-- яркости 1-го тела и исследуемой поверхности в нагретом состоянии, найденные по измеренным яркостным температурам.