Способ измерения температуры поверхности тел

 

Изобретение относится к области радиоационной пирометрии и может быть использовано для измерения действительной температуры нагретых поверхностей по собственному излучению. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. HoNmMO измерения лучистого теплового потока от объекта контроля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами производят также предварительно при отсутствии частично поглощаюР1ей среды измерение лучистого теплового потока объекта-свидетеля и его температуры с помощью термопреобразователя при двух различных значениях температуры, а затем в рабочих условиях измеряют последовательно лучистые тепловые потоки объекта контроля и объекта-свидетеля при облучении их поверх остей сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, а также при сохранении неизменной второй температуре стороннего излучения и неизменной температуре объекта-свидетеля, измеряют одновременно при рсех измерениях лучистого теплового потока температуры приемника излучения и объекта-свидетеля при помощи соответствующих тер- . МОпреобразователей и по полученным значениям вычисляют излучательную способность поверхности объекта измерения , коэффициент пропускания среды и температуры поверхности объекта. Способ позволяет производить измерение температуры поверхностей с учетом изменяющейся излучательной способности , контролируемой поверхности и непостоянных значениях пропускания промежуточной среды, что обеспечивает измерение температуры с более высокой точностью. 1 ил. SS сл и сл ел ГчЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Г 01 У 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯУ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4187611/31-25 (22) 30,01.87 (6) 30.01.89. Бюл,g - 4 (72) В.М.Горбачев, С.К.Никифоров, А.П.Бараненко и Е.И.йандеев (53) 536.52(088.8) (56) Свет Д.Я . Оптические методы измерения истинных температур. M.:

Наука, 1982, с. 200-204.

Патент Японии 9 59-11853, кл. Г 01,Т 5/10, 1984. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ (57) Изобретение относится к области радиоационной пирометрии и может быть использовано для измерения действительной температуры нагретых поверхностей по собственному излучению, Цель изобретения — повышение точности измерения температуры. Помимо измерения лучистого теплового потока от объекта контроля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами производят также предварительно при отсутствии частично поглощающей среды измерение лучистоro теплового потока объекта-свидетеля и его температуры с

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано для измерения действительной температуры нагретых поверхностей по собственному излучению.

Пель изобретения — повышение точI нос ти измерения температуры . (в) SU (m 455244 помощью термопреобраэователя при двух различных значениях температуры, а затем в рабочих условиях измеряют последовательно лучистые тепловые потоки объекта контроля и обьекта-свидетеля при облучении их поверхностей сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, а также при сохранении неизменной второй температуре стороннего излучения и неизменной температуре объекта-свидетеля, измеряют одновременно при Всех измерениях лучистого теплового потока температуры приемника излучения и объекта-свидетеля при помощи соответствующих тер- Я мопреобразователей и по полученным значениям вычисляют нэлучательную способность поверхности объекта измерения, коэффициент пропускания среды и температуры поверхности объекта, Способ позволяет производить измерение температуры поверхностей с учетом изменяющейся излучательной способности, контролируемой поверхности и непостоянных значениях пропускания промежуточной среды, что обеспечивает измерение температуры с более высокой ) точностью. 1 ил. 4:ь

В общем случае тепловой поток, передаваемый излучением от объекта контроля на приемник излучения, рассчитывается по формупе

5 и кл((Е Ток+(1 Я) т T„J7 где K — коэффициент пропускания спеUI,=8(òt„+(I-g )Т -Т ), (г) где Я вЂ” коэффициент излучения объекта-с виде т ел я, 5

V, =I! (ß Т. +(I-f,) T -Т"„). (З)

Одновременно третьим преобразователем преобразовывают в напряжения () и

I оо(U температуру объектатсвидетеля.

I (4)

О(9г ОС 8 где K> — коэАфициент преобразования

) 15 третьего преобразователя, Так как измерения производят при одной и той же температуре фона Т(р( фона и практически одинаковой температуре Т„ приемника, то из уравнений (2}-(4) определяют коэффициент излу. чения поверхности объекта-свидетеля (ОС): (5, tje2, По

0 () 4 1Ц 4 (5)

Это значение р запоминают на весь период технологического цикла и ис.пользуют в дальнейших расчетах.

Затем в условиях наличия между объектом контроля и приемником излучения частично поглощающей среды, например пыли или паров воды, т.е. в ходе технологического процесса, производят последовательно прием и преобразование в напряжение инАракрасного теплового излучения, испускаемого объектом контроля при температуре Т, фона:

49 !I =84(ЯТ, +(1-Я)Т Т„), (6) объектом-свидетелем при той же температуре Т, Лона: !

1 =xII (8 4, „+(1-. P, ) 4 ", Т, ), (y )

415 объектом контроля при специально измененной температуре Т Лона путем нагрева стороннего инЛракрасного излучателя:

8Î U =KII(EТ +(1-8)ТТ,-Т,), (8) объектом — свидетелем при той же температуре Т, Лона:

V, ==144(8 Т 4-(1 F.)Т Т,), (9)

55 объектом — свидетелем при той же температуре Т„ Аона и специально измененной температуре Т,) объекта-свидетеля:

3 !455244 ды, находящейся между объектом измерения и приемником излучения (ПИ);

А - коэффициент пропорциональ1 ности, зависящий от конструк тивных особенностей оптической системы и приемника излучения;

Г " излучательная способность или степень черноть1 поверхности объекта контроля; ,Т и T„ температура поверхносО)4 ти объекта контроля, фона, окружающего объект, контро ля и приемника излучения соответственно.

Этот тепловой поток преобразовывается с коэффициентом преобразования

К, в напряжение !.

U=II q =КЛ(ЕТ4+(1-1.)Т -TI) !1) где A=K(А,, по значению которого определяют температуру Т,ц,.

Как видно из уравнения (1 ), для достоверного определения Т необходимо, кроме напряжения И, знать также величины К, Я, Т и Т„, которые могут изменяться с течением времени и поэтому должны периодически измеряться.

В предлагаемом способе величины

К, Й, Т и Т„определяются по результатам измерений лучистых тепловых потоков (одним и тем же ПИ и первым преобразователем н напряжение), исходящих от объекта контроля и объекта-свидетеля при первой температуре

Т фона и специально измененных, сна(1) ( чала второй температуре Т 9 Лона, а затем второй температуре Т объекта свидетеля, Одновременно с помощью второго преобразователя измеряют температуру Т„ приемника излучения, а (91 с помощью третьего преобразователя— температуру объекта-свидетеля, равнуюТ и Т,, Сначала в условиях отсутствия поглощающей среды между объектом контроля и приемником излучения (например, до начала очередного цикла работы технологического оборудования или в лабораторных условиях) производят прием и преобразование в напряжения

U и И инфракрасного теплового изО> (1 4. лучения, испускаемого объектом-свидетелем при его температуре, равной

Т

448(en<

1455244 эффициент пропускания среды, находя1О щейся между объектом контроля и при(12) (12а) 20

Я АГ(- ) -(— ) з

30 (14) (15) 55,(16) 5

U =KAIE,Х +(I-Я )Т -T„). (10)

Одновременно вторым преобразователем преобразовывают в напряжения U, температуру Т„1 приемника излучения при всех измерениях лучистого теплового потока:

U К2то э где К вЂ” коэффициент преобразования второго преобразователя, и третьим преобразователем преобразовывают температуру объекта-свидетеля до и после ее изменения:

11оо К Тоо оо s ос

Из уравнений (9)-(12)определяют коэффициент пропускания среды, находящейся между объектом контроля и приемником излучения: где используется значение величины определенное по уравнению (5).

Из уравнений (6)-(9) определяют иэлучательную способность объекта контроля:

При расчете Я используют значение величины Я

Из уравнения (7) определяют эквивалентную температуру фона до ее изменения: где K u f — определены ранее по уравнениям (!3) и (5);

U — напряжение, пропорцио2а нальное температуре приемника излучения при измерении U (уравнение (7)).

Используя величины К, Я и Т... определенные по уравнениям (13)-(15), из уравнения (6) определяют температуру объекта контроля (ОК) (в Кельвинах):

Таким образом, при определении температуры объекта контроля (OK) по его инфракрасному тепловому излучению уже в процессе измерений периодически определяются и учитываются не только излучательная способность поверхности объекта контроля, но и коемником получения, и эквивалентная температура фона, которые после температуры ОК в наибольщей степени определяют величину лучистого теплового потока, передаваемого от объекта контроля на приемник излучения.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, дпя осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит первичный пирометрический преобразователь 1, блок

2 вычислений и управления, блок 3 преобразования управляющих сигналов, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, первый 5, второй 6 и третий 7 усилители, сторонний инфракрасный излучатель 8, объект-свидетель 9 с встроенными в негб нагревателем IO и термопреобразователем ll, Первичный пирометрический преобразователь 1 содержит оптическую систему 12, сканирующий блок 13, приемник 14 излучения (ПИ), преобразователь 15 температуры IIH 14 в напряжение, Объект-свидетель 9 располагается непосредственно у объекта 16 контроля, Сторонний инфракрасный излучатель

8 установлен так, чтобы быть вне поля зрения ПИ 14 и облучать поверхности объекта контроля 16 и объектасвидетеля 9, попадающие поочередно в поле зрения приемника 14 излучения.

Сторонний инфракрасный излучатель

8, предназначенный для изменения эквивалентной температуры фона, и объект-свидетель 9 могут нагреваться путем подачи пара, горячей воды или включением электрического нагревателя, а охлаждаться соответственно подачей холодной воды или отключением электрического нагревателя. В зависимости от типа нагревателей выбираются и средства дчя преобразования управляющих сигналов и исполнительные органы, котс.-ыс входят в блок 3 преобразования управляющих сигналов, 1455244 выходы которого соединены с нагревателями стороннего инфракрасного. излучателя 8, объекта-свидетеля 9, а также со сканирующим блоком 13.

Блох 13 предназначен для того, чтобы направлять поле обзора приемника 14 излучения или на объект 1б контроля, или на объект-свидетель 9, Блок 3 преобразования управляющих сигналов получает сигналы от блока 2 вычислений и управления, например, через информационную магистраль типа Ц-шина.

Блок 2 вычислений и управления 15 представляет собой микро-ЭВМ, работающую по программе, которая находится в ее постоянном запоминающем устройстве, В оперативном запоминающем устройстве микро-ЭВМ выделен массив 20 ячеек памяти, в которые передаются, например, методом прямого доступа к памяти данные из многоканального АЦП

4. Блок вычислений и управления 2 связан с многоканальным аналого-циф- 25 ровым преобразователем 4, например, через информационную магистраль типа

Q-нина.

Многоканальный АЦП 4 представляет собой, например, мультиплексор, АЦП 30 и схему, обеспечивающую работу в режиме прямого доступа к памяти блока

2 вычислений и управления. Аналоговые входы многоканального АЦП 4 соединены с выходами первого 5, второго 6 и третьего 7 усилителей, входы которых соединены, соответственно с выходами приемника 14 излучения, преобразователя 15 температуры приемника 14 излучения в напряжение и термопреобра- 40 зователя 11.

Термопреобразователь 11 предназначен для измерения температуры поверхности объекта-свидетеля 9.

Устройство обеспечивает измерение всех необходимых для реализации способа напряжений и вычисление температуры объекта контроля с учетом излучательной способности измеряемой поверхности и коэффициентов пропускания промежуточной среды, чем и обеспечивается повышение точности измерения температуры визируемой поверхности.

Формула из обре т ения

Способ измерения температуры поверхности тел, заключающийся в измерении лучистого теплового потока объекта контроля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, производят предварительно при отсутствии частично поглощающей среды одновременное измерение лучистого теплового потока объекта-свидетеля и его температуры с помощью встроенного термопреобразователя прн двух различных значениях температуры, по которым рассчитывают и запоминают излучательную способность объекта-свидетеля, затем в рабочих условиях, после измерения лучистого теплового потока объекта контроля измеряют последовательно лучистые тепловые потоки объекта-свидетеля при облучении его поверхности сторонним инфракрасным излучателем с двумя разными поочередно задаваемыми температурами, затем измеряют лучистый тепловой поток объектасвидетеля при сохранении неизменной второй температуры стороннего инфракрасного излучателя и измененной температуре объекта-свидетеля, при этом при всех измерениях лучистого теплового потока измеряют при помоши соответствующих термопреобразователей тем1 пературы приемника излучения и объекта-свидетеля, после чего по данным измерений с учетом ранее вычисленной излучательной способности объекта-свидетеля рассчитывают температуру поверхности объекта контроля.

1455244

Составитель В.Зуев

Редактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Заказ 7447/49 Тираж 466 Подписное

ВНЫ1ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4