Способ бесконтактного измерения температуры

 

Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быть использовано в металлургии, приборостроении, стекольной промышленности и т. д. Цель изобретения - повышение точности измерений. Суть изобретения заключается в формировании дополнительной поправки яркостной температуры, пропорциональной логарифму величины коэффициента коррекции усиления первого и второго каналов пирометра. Это позволяет при зависимости спектральной излучательной способности объекта от длины волны при измерениях на сближенных длинах волн повысить точность измерений приблизительно в 2,5 раза по сравнению с основным изобретением. 1 ил.

Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быть использовано в металлургии, приборостроении, стекольной промышленности и т. д. Цель изобретения - повышение точности измерений. Способ заключается в следующем. При измерении температуры Т формируют два сигнала U₁ и U₂, пропорциональные двум спектральным яркостям объекта, которые в приближении Вина могут быть представлены следующими уравнениями: U₁≈ CeK₁ (1) U₂≈ CeK₂, (2) где С₁ и С₂ - постоянные в уравнении Вина-Планка; λ₁ и λ₂ - эффективные значения длин волн пирометра; ε₁ и ε₂ - спектральные излучательные способности объекта; τ₁ и τ₂ - спектральные коэффициенты поглощения промежуточной среды; К₁ и К₂ - коэффициенты передачи оптико-электронного тракта первого и второго каналов пирометра. По этим сигналам определяют яркостные температуры Т_я1 и Т_я2 и их разность. При ε = ε₁ = ε₂ и τ = τ₁ = τ₂, т.е. при = 0 разность Δ T_я^-1 обратных значений двух яркостных температур может быть представлена уравнением в виде ΔT^-_я¹ = T^-1_Я1- T^-1_Я2 = ln(ετ). (3) Посредством увеличения коэффициента передачи в одинаковое количество раз в первом и втором каналах пирометра (или в общем канале пирометра) измеряют на выходах первого и второго каналов сигналы U₁' и U₂' U = Ce K₁n (4)
U = C₁λ^-₂^S eK₂n, (5) где n - коэффициент коррекции, и по этим сигналам определяют обратные величины условных температур Т_у1и Т_у2
T^-1_y1 = T^-1 - ln(ετn) (6)
T^-1_y2 = T^-1 - ln (ετn). (7) и обратную величину разности этих условных температур Δ Т_у. Изменением коэффициента коррекции n добиваются равенства нулю этой разности
ΔT^-_y¹ = ln (ετn) = 0, (8) а измеренная при этом условная температура будет соответствовать действительной температуре объекта. В тех случаях, когда даже на сближенных длинах волн в значительной мере сказывается селективная зависимость спектральной излучательной способности объекта от длины волны, т.е. ε₁≠ε₂, измеренная температура будет отличаться от действительной температуры объекта. В этом случае после увеличения коэффициентов передачи в одинаковое количество раз в первом и втором каналах пирометра (или в общем канале пирометра) добиваются равенства обратных величин новых условных температур S_у1 и S_у2
S^-1_y1 = S^-1_y2 = T^-1 - ln(ε₁τn) = T^-1 - ln(ε₂τn) (9)
Из уравнения (9) следует, что
ln n = · lnε₁- lnε₂. (10)
После подстановки уравнения (10) в уравнение (9) получаем, что условные температуры S_у1 и S_у2 равны цветовой температуре Т_ув объекта, т.е. S^-1_y1 = S^-1_y2 = T^-1_YB = T^-1- ln , (11) где λ_э = - эффективная длина волны. Таким образом, при однозначной связи разности двух яркостных температур Т_я1 и Т_я2 с температурной поправкой цветовой температуры коррекцию яркостной температуры на выходе пирометра осуществляют по значению коэффициента коррекции n в момент равенства яркостных температур Т_я1 и Т_я2. Для этого формируется поправка
P·ln n = ln , (12) где Р - коэффициент пропорциональности, которая суммируется с измеренной условной температурой S_у1 = S_у2, при этом откорректированное значение условной температуры будет соответствовать действительной температуре. На чертеже изображено устройство, реализующее способ. Оно содержит оптическую систему 1, первый 2 и второй 3 фотоприемники, первый 4 и второй 5 усилители, блок 6 вычисления разности значений яркостных температур, блок 7 обратной связи, переключатель 8, блок 9 формирования температурной поправки, блок коррекции 10 и регистратор 11. Устройство работает следующим образом. С помощью оптической системы 1 из спектра теплового излучения объекта (на чертеже не показан) выделяют два спектральных потока, которые преобразуются на выходе первого 2 и второго 3 фотоприемников в пропорциональные этим спектральным потокам электрические сигналы U₁ и U₂. Далее эти сигналы после усиления и логарифмирования с помощью первого 4 и второго 5 усилителей соответственно поступают на первый и второй входы блока 6 вычисления. С первого выхода блока 6 сигнал, пропорциональный Δ T_y^-1 , поступает на вход блока 7 обратной связи, который увеличивает коэффициент передачи первого 4 и второго 5 усилителей до тех пор, пока сигнал на первом выходе блока 6 вычисления не станет равным нулю. При этом на втором выходе блока 6 формируется сигнал, пропорциональный условной яркостной температуре объекта. При неселективной зависимости спектральной излучательной способности объекта, т.е. при ε₁ = ε₂= ε , с помощью переключателя 8 вход регистратора 11 подключается непосредственно к второму выходу блока 6 вычисления, а вход блока 9 формирования отключается от выхода блока 7 обратной связи. При этом регистратор 11 фиксирует сигнал, пропорциональный измеренной условной яркостной температуре объекта, которая принимается за действительную. При селективной зависимости спектральной излучательной способности объекта, т.е. при ε₁≠ε₂, с помощью переключателя 8 вход регистратора 11 подключается к выходу блока коррекции 10, а вход блока 9 формирования подключается к выходу блока 7 обратной связи. При этом на выходе блока 9 формирования будет присутствовать сигнал U₃, равный
U m lnε₁- ln, где m - коэффициент пропорциональности, пропорциональный разности двух яркостных температур. Блок 9 преобразует этот сигнал в температурную поправку яркостной температуры, которая при равенстве условных яркостных температур S_у1^-1 = S_у2^-1 равна температурной поправке цветовой температуры. Величина сформированной температурной поправки с выхода блока 9 формирования поступает на первый вход блока коррекции 10, на второй вход которого с второго выхода блока 6 вычисления поступает сигнал, пропорциональный условной яркостной температуре объекта. В блоке коррекции 10 осуществляется коррекция этой температуры. При этом регистратор 11 фиксирует сигнал, пропорциональный откорректированному значению измеренной условной яркостной температуре объекта, которая принимается за действительную. Таким образом, введение дополнительной коррекции измеренной условной температуры при зависимости спектральной излучательной способности объекта от длины волны при измерениях на сближенных длинах волн позволяет повысить точность измерений до 1-1,5%. (56) Авторское свидетельство СССР N 1440157, кл. G 01 J 5/24, 1986.

Формула изобретения

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ по авт. св. N 1440157, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, при селективной зависимости излучательной способности от длины волны, проводят дополнительную коррекцию яркостной температуры путем формирования сигнала, пропорционального логарифму величины, показывающей, во сколько раз увеличен коэффициент передачи первого и второго сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1