RU2083961C1 - Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности - Google Patents
Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2083961C1 RU2083961C1 SU5011864/25A SU5011864A RU2083961C1 RU 2083961 C1 RU2083961 C1 RU 2083961C1 SU 5011864/25 A SU5011864/25 A SU 5011864/25A SU 5011864 A SU5011864 A SU 5011864A RU 2083961 C1 RU2083961 C1 RU 2083961C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- emissivity
- pyrometer
- approximation
- signals
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004616 Pyrometry Methods 0.000 abstract 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
- G01J5/602—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0077—Imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Использование: область пирометрии. Сущность: в способе измерения температуры и коэффициента излучения поверхности при температуре выше 900 K регистрируют излучение поверхности посредством многоволнового пирометра. Этот пирометр имеет несколько чувствительных к различным интервалам длин волн детекторов излучения и процессор для обработки данных, который получает после обработки в цифровую форму выходные сигналы индикаторов излучения и из них с помощью закона Вина-Планка рассчитывают температуру при предположении, что, говоря о поверхности, речь идет об идеальном черном теле. Затем рассчитывается коэффициент излучения, зависящий от температуры и длины волны, из этих рассчитанных значений температуры согласно формуле аппроксимации (приближения) и найденная отсюда температура. В соответствии с изобретением разности между сигналами пирометра и ожидаемыми на основании принимаемого коэффициента излучения и найденной отсюда расчетным путем температуры сигналами пирометра рассчитываются для различных вариантов аппроксимации и затем выбирается формула (вариант) аппроксимации, который для всех длин волн дает меньшую сумму квадратов этих разностей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к способу измерения температуры и коэффициента излучения поверхности при температуре выше 900 K, включающему регистрацию излучения поверхности посредством многоволнового пирометра, чувствительного к волнам различной длины.
Известен способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности при температуре выше 900 K, включающий регистрацию излучения поверхности посредством многоволнового пирометра, чувствительного к волнам различной длины преобразование полученных сигналов в цифровую форму, обработку данных посредством процессора, определение с помощью закона Вина-Планка температуры поверхности в предположении, что поверхность является идеальным черным телом, расчет по формуле аппроксимации коэффициента излучения, зависящего от температуры и длины волны, и расчет искомой температуры с учетом величины коэффициента излучения.
Согласно этому известному способу обработка данных основывается на уравнении Вина-Планка для черного тела
причем L энергетическая яркость при длине волны λ C1 и C2 - постоянные, и T температура черного тела.
причем L энергетическая яркость при длине волны λ C1 и C2 - постоянные, и T температура черного тела.
Так как исследуемая поверхность, как правило, не является идеально черным телом, то должен учитываться коэффициент излучения E (эмиссионной способности), который представляет отношение между энергетической яркостью черного тела и реального тела.
Этот коэффициент излучения зависит от температуры и длины волны и может быть выражен в виде ряда Тейлора следующей формы:
lnE = a0+a1λ+a2λ2+... (2).
Из опыта известно, что зависимость от длины в ограниченном диапазоне длин волн является непрерывной функцией, так что ряд (2) через несколько терм может быть прерван.
lnE = a0+a1λ+a2λ2+... (2).
Из опыта известно, что зависимость от длины в ограниченном диапазоне длин волн является непрерывной функцией, так что ряд (2) через несколько терм может быть прерван.
Согласно известному способу предлагается выбрать линейное приближение функции (2) и из шести измеренных значений энергетической яркости согласно шести длинам волн пирометра соответственно совместно оценить две длины волны и затем определить температуру с помощью анализа квадратов отклонений единичных результатов.
Оказалось, что этот способ для трудных случаев ведет к результатам, при которых невозможно никакое надежное суждение об их точности.
Так считаются трудными пирометрические измерения сильно отражающих поверхностей, где коэффициент излучения очень низок из-за возможных поверхностных реакций очень колеблется (например, алюминий во время металлургических обработок).
В основу изобретения положена задача создать такой способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности посредством многоволнового пирометра с различными длинами волн, который бы позволил сократить вычислительные затраты и уменьшить остаточные ошибки, а также получить пригодные результаты даже при очень нежелательных условиях измерения.
Техническим результатом способа согласно изобретению является повышение точности измерения.
Эта задача согласно изобретению решается за счет того, что посредством пирометра регистрируют значения интенсивностей излучения контролируемой поверхности на длинах волн полученные таким образом сигналы пирометра сравнивают с сигналами пирометра, ожидаемыми на основании принимаемого коэффициента излучения, рассчитанного по формулам аппроксимации, соответствующим моделям нулевого, первого и высшего порядка, находят разности между указанными сигналами и для расчета искомой температуры контролируемой поверхности используют формулу аппроксимации, которая для всех длин волн дает наименьшую сумму квадратов этих разностей.
Предпочтительно, что по способу согласно изобретению образуют банк данных по коэффициентам излучения поверхностей, выполненных из различных материалов, вводят этот банк данных в процессор и используют его для расчета искомой температуры контролируемой поверхности в случае, когда она выполнена из одного из этих материалов.
На фиг. 1 показана блок-схема операций, которые должны осуществляться процессором; на фиг. 2-схематически пирометр согласно изобретению.
Пирометр 1, использующий шесть длин волн, как это известно из описания известного пирометра, выдает одновременно шесть значений интенсивности излучения наблюдаемого пирометром тела или его поверхности, причем применяемые на практике длины волн лежат между 400 и 2000 нм (нанометр). Ширина полосы измерительного канала лежит ниже 100 нм.
Пропорциональные интенсивности измеряемые величины известным образом получаются в фотодиодах и после преобразования в цифровую форму подводятся в процессор 2. Там, во-первых, сначала констатируется, достаточно ли стабильны сигналы, то есть достаточно ли низок уровень шумов. Только тогда, когда это будет установлено, может рассчитываться температура с достаточно малой ошибкой (стандартное отклонение сигнала: So). Тогда выбирается формула для определения коэффициента излучения E согласно уравнению 2. Делаются различия между моделью нулевого порядка, по которой lnE является постоянной "a", зависящей от длины волны, моделью первого порядка, при которой lnE линейно зависит от длины волны (формула оценивается путем определения a0 и a1) и моделями высшего порядка, в которых должны использоваться дальнейшие члены ряда Тейлора.
Вначале исходят от модели первого порядка и определяются a0 и a1 и тем самым коэффициент излучения для шести длин волн, причем a0 и a1 во всех определяющих уравнениях должны иметь то же самое значение. В основу кладется расчет из подпрограммы, которая минимизирует сумму квадратов отклонений между измеряемыми сигналами и интенсивностью излучения, рассчитанной с помощью значения коэффициента излучения, определенного благодаря a0 и a1, и которая рассчитывает результирующее стандартное отклонение Sk процедуры регулировки (Fittingsprozedur).
Ожидаемые ошибки и определения температуры и коэффициента излучения рассчитываются в виде дифференциалов, которые получаются путем следующих друг за другом приращений сигналов при соответствующей ошибке и путем нового расчета температуры и коэффициента излучения. Затем рекомендуется перепроверить, не могла ли быть применима также модель нулевого порядка, так как это обеспечивает в определении температуры меньшую абсолютную ошибку. Это получается тогда, когда постоянная a1 из уравнения 2 лежит ниже задаваемого значения, то есть когда коэффициент излучения практически не зависит от длины волны. Таким образом, получается в этом случае шесть независимых друг от друга измерений температуры при различных длинах волн.
Выбор моделей высшего порядка ведет к уменьшению стандартного отклонения Sk, но не обязательно к температурной ошибке. И наоборот, когда Sk достигает значения So, любое следующее повышение порядка модели (перевыравнивание) (Overfitting) чаще всего дает не уменьшение, а увеличение неточности в определении температуры. Когда при оценке ошибки устанавливается, что ошибка увеличивается, то тем самым находится оптимальная модель и устанавливаются постоянные a1, a2.aj.
Если анализ ошибок показал, что ошибка особенно мала, то рекомендуется запомнить семейство кривых, связывающих температуру, длину волны и коэффициент излучения с целью дальнейшего использования. Таким образом, создается упорядоченный по типу материалов исследуемых поверхностей информационный банк, к которым можно позднее вернуться. Это особенно имеет значение тогда, когда при более позднем измерении имеются очень нежелательные условия измерения, например, дифференцированное по окрашенности дымообразование на оптическом пути пирометра или нестабильности в электронике из-за высокой температуры окружающей среды. В этом случае сравниваются лишь пирометрически измеренные величины с ранее найденными для тех же материалов семействами кривых и отсюда можно непосредственно рассчитывать температуру. Один из таких банков данных, запитанный наименее сигналами помех, на фиг. 2 предусмотрен с позицией 3. С информацией этого банка данных также могут работать параллельно другие одноцветные пирометры.
С помощью пирометра согласно изобретению также при нежелательных условиях могут проводиться желательные расчеты в течение одной миллисекунды, так что на экране 4 практически в реальном масштабе времени могут быть представлены во времени кривые изменения температуры или коэффициента излучения также и для быстро проходящих процессов, как, например, при импульсном нагреве лазером. Тем самым открываются новые возможности анализа быстро проходящих процессов в диапазоне температур выше 700 K и до 10.000 K.
Claims (2)
1. Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности при температуре выше 900К, включающий регистрацию излучения поверхности посредством многоволнового пирометра, чувствительного к волнам различной длины преобразование полученных сигналов в цифровую форму, обработку данных посредством процессора, определение с помощью закона Вина-Планка температуры поверхности в предположении, что поверхность является идеальным черным телом, расчет по формуле апроксимации коэффициента излучения, зависящего от температуры и длины волны, и расчет искомой температуры с учетом величины коэффициента излучения, отличающийся тем, что посредством пирометра регистрируют значения интенсивностей излучения контролируемой поверхности на длинах волн полученные таким образом сигналы пирометра сравнивают с сигналами пирометра, ожидаемыми на основании принимаемого коэффициента излучения, рассчитанного по формулам апроксимации, соответствующим моделям нулевого, первого и высшего порядков, находят разности между указанными сигналами и для расчета искомой температуры контролируемой поверхности используют формулу апроксимации, которая для всех длин волн дает наименьшую сумму квадратов этих разностей.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образуют банк данных по коэффициентам излучения поверхностей, выполненных из различных материалов, вводят этот банк данных в процессор и используют его для расчета искомой температуры контролируемой поверхности в случае, когда она выполнена из одного из этих материалов.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LU87595A LU87595A1 (de) | 1989-09-25 | 1989-09-25 | Mehrwellenlaengen-pyrometer |
LU87595 | 1989-09-25 | ||
PCT/EP1990/001614 WO1991004472A1 (de) | 1989-09-25 | 1990-09-24 | Mehrwellenlängen-pyrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2083961C1 true RU2083961C1 (ru) | 1997-07-10 |
Family
ID=19731186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5011864/25A RU2083961C1 (ru) | 1989-09-25 | 1990-09-24 | Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0420108B1 (ru) |
JP (1) | JPH06500387A (ru) |
AT (1) | ATE107021T1 (ru) |
AU (1) | AU639029B2 (ru) |
CA (1) | CA2067248C (ru) |
DE (1) | DE59006014D1 (ru) |
DK (1) | DK0420108T3 (ru) |
ES (1) | ES2056328T3 (ru) |
IE (1) | IE64270B1 (ru) |
LU (1) | LU87595A1 (ru) |
PT (1) | PT95405B (ru) |
RU (1) | RU2083961C1 (ru) |
WO (1) | WO1991004472A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA001536B1 (ru) * | 1998-12-04 | 2001-04-23 | Юрий Карлович Лингарт | Способ определения действительной температуры реального тела |
RU2468360C1 (ru) * | 2011-07-27 | 2012-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Способ измерения интегрального коэффициента излучения поверхности теплозащитных материалов |
WO2017136517A1 (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | Worcester Polytechnic Institute | Multi-band heat flux gauge |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993018494A1 (en) * | 1992-03-11 | 1993-09-16 | The Boeing Company | Thermal condition sensor system for monitoring equipment operation |
LU88215A1 (de) * | 1993-01-25 | 1994-09-09 | Communaute Europ Del En Atomiq | Vorrichtung zur Erzeugung von mehreren Sekundärlichtstrahlen aus einem primärlichtstrahl |
GB9411153D0 (en) * | 1994-06-03 | 1994-07-27 | Land Infrared Ltd | Temperature monitoring |
IL117951A (en) * | 1995-09-06 | 1999-09-22 | 3T True Temperature Technologi | Method and apparatus for true temperature determination |
DE19721475A1 (de) * | 1997-05-23 | 1998-11-26 | Eko Stahl Gmbh | Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung |
IL122258A (en) | 1997-11-20 | 2002-08-14 | Israel Aircraft Ind Ltd | Method and system for determining temperature and/or emissivity function of objects by remote sensing |
DE102005018124B4 (de) * | 2005-04-20 | 2007-06-28 | Barke, Woldemar, Dipl.-Phys. Ing. | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen gleichzeitigen Bestimmung von Temperatur und Emissionsgrad eines Meßobjekts |
ATE497249T1 (de) | 2006-03-29 | 2011-02-15 | Koninkl Philips Electronics Nv | Pyrometrische zweifarbmessung der temperatur eines röntgen-brennpunkts |
CN102224557B (zh) | 2008-11-25 | 2014-03-05 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有靶标温度传感器的x射线管 |
RU2646426C1 (ru) * | 2017-01-11 | 2018-03-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ определения температуры нагретой поверхности летательного аппарата при сверхзвуковом обтекании набегающим потоком |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2572523B1 (fr) * | 1984-10-25 | 1987-06-12 | Bertin & Cie | Procede et dispositif pyrometriques pour determiner a distance, par voie optique, la temperature et/ou l'emissivite d'un corps ou milieu quelconque |
DD254114A3 (de) * | 1985-07-30 | 1988-02-17 | Univ Dresden Tech | Pyrometrisches messverfahren |
DD253741A3 (de) * | 1985-07-30 | 1988-02-03 | Univ Dresden Tech | Verfahren zur beruehrungslosen temperaturmessung mit einem mehrkanalpyrometer |
-
1989
- 1989-09-25 LU LU87595A patent/LU87595A1/de unknown
-
1990
- 1990-09-24 IE IE343690A patent/IE64270B1/en not_active IP Right Cessation
- 1990-09-24 AT AT90118315T patent/ATE107021T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-09-24 CA CA002067248A patent/CA2067248C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-24 WO PCT/EP1990/001614 patent/WO1991004472A1/de active Application Filing
- 1990-09-24 DK DK90118315.2T patent/DK0420108T3/da active
- 1990-09-24 RU SU5011864/25A patent/RU2083961C1/ru not_active IP Right Cessation
- 1990-09-24 DE DE59006014T patent/DE59006014D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-24 AU AU64185/90A patent/AU639029B2/en not_active Ceased
- 1990-09-24 JP JP2513266A patent/JPH06500387A/ja active Pending
- 1990-09-24 PT PT95405A patent/PT95405B/pt not_active IP Right Cessation
- 1990-09-24 ES ES90118315T patent/ES2056328T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-24 EP EP90118315A patent/EP0420108B1/de not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
J.-F.Babelot atal. Microsecond and Sub-microsecond multi-wavelenght pyrometry for pulsed heating technigue diagnostics. Temperature, v. 5, 1982, p. 439 - 446. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA001536B1 (ru) * | 1998-12-04 | 2001-04-23 | Юрий Карлович Лингарт | Способ определения действительной температуры реального тела |
RU2468360C1 (ru) * | 2011-07-27 | 2012-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Способ измерения интегрального коэффициента излучения поверхности теплозащитных материалов |
WO2017136517A1 (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | Worcester Polytechnic Institute | Multi-band heat flux gauge |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2067248C (en) | 2000-06-13 |
EP0420108B1 (de) | 1994-06-08 |
IE903436A1 (en) | 1991-04-10 |
DE59006014D1 (de) | 1994-07-14 |
ES2056328T3 (es) | 1994-10-01 |
PT95405A (pt) | 1992-05-29 |
AU6418590A (en) | 1991-04-18 |
WO1991004472A1 (de) | 1991-04-04 |
JPH06500387A (ja) | 1994-01-13 |
ATE107021T1 (de) | 1994-06-15 |
DK0420108T3 (da) | 1994-08-29 |
PT95405B (pt) | 1998-06-30 |
CA2067248A1 (en) | 1991-03-26 |
LU87595A1 (de) | 1991-05-07 |
EP0420108A1 (de) | 1991-04-03 |
IE64270B1 (en) | 1995-07-26 |
AU639029B2 (en) | 1993-07-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2083961C1 (ru) | Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности | |
US5011295A (en) | Method and apparatus to simultaneously measure emissivities and thermodynamic temperatures of remote objects | |
JPH11512529A (ja) | 真正温度決定方法及び装置 | |
US6379038B1 (en) | Temperature determining device and process | |
US5690429A (en) | Method and apparatus for emissivity independent self-calibrating of a multiwavelength pyrometer | |
Markham et al. | Spectroscopic method for measuring surface temperature that is independent of material emissivity, surrounding radiation sources, and instrument calibration | |
JPH0572039A (ja) | 分光蛍光光度計のスペクトル補正方法及びスペクトル補正機能付分光蛍光光度計 | |
RU2752809C1 (ru) | Способ спектротермометрии | |
CN114061766A (zh) | 一种颗粒燃烧过程多光谱重建测温装置与方法 | |
JPWO2020105255A1 (ja) | 温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置 | |
JP2003214956A (ja) | 温度測定方法、温度測定装置、半導体装置の製造方法、及び記憶媒体 | |
US4985858A (en) | Method and apparatus for temperature determination | |
JP2755418B2 (ja) | 光センサの分光感度測定方法 | |
JPH0462012B2 (ru) | ||
JPS63305228A (ja) | 放射温度計 | |
JPH05296848A (ja) | 放射温度計 | |
JPH0815036A (ja) | 新しい内挿公式を利用して輻射温度計及び光計測装備を矯正する方法 | |
JP2004219114A (ja) | 多色赤外線撮像装置及びデータ処理方法 | |
GB2113384A (en) | Contactless measurement of temperature | |
RU2219504C2 (ru) | Пирометр истинной температуры | |
JPH0462013B2 (ru) | ||
JPS6111369B2 (ru) | ||
JPH06137953A (ja) | 赤外線センサによる温度測定方法及び装置並びに放射率測定方法及び装置 | |
JPH05164615A (ja) | 放射測温装置 | |
RU2151382C1 (ru) | Способ пирометрических измерений |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030925 |