Способ бесконтактного определения температуры

 

Использование: измерительная техника , в частности пирометрия излучения. Сущность изобретения: устанавливают пределы измерения температуры пирометра, соответствующие пределам изменения температуры объекта, измеряют сигналы пирометра, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения температуры , определяют значение излучательной способности объекта измерения, соответствующие нижнему и верхнему пределам изменения его температуры и спектральному диапазону используемого пирометра, вычисляют коэффициент изменения излучательной способности по формуле, измеряют сигнал пирометра, соответствующий условной температуре, и определяют температуру объекта измерения по величине сигнала.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s 6 01 J 5/50

ГОСУДАРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 1 Д вЂ” — = — In c, "у С2 (21) 4825147/25 (22) 11.05.90 (46) 23.10.92. Бюл. М 39 (71) Специальное конструкторское бюро

"Электротермия" и Всесоюзный институт легких сплавов (72) В.М, Засименко, А.В. Марусенков, О.M.

Сенив, Е.В. Белов и В.А, Шилин (56) Поскачей А,A., Чарихов А,А. Пирометрия объектов с изменяющейся излучательной способностью. — М,: Металлургия, 1978, с.

18-22.

Гордов А.Н, Основы пирометрии. — М., Металлургия, 1971, с. 385, 386, 392.

{54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Использование: измерительная техника, в частности пирометрия излучения. СущИзобретение относится к области измерительной техники, в частности к пирометрии излучения, и может быть использовано для осуществления контроля и регулирования температуры заготовок в черной и цветной металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности, Известен способ бесконтактного измерения температуры, основанный на определении плотности потока излучения с помощью энергетических пирометров. По выходному сигналу пирометра, пропорциональному плотности потока излучения контролируемого объекта, определя ют условную температуру. Связь между действительной и условной температурой при аппроксиманость изобретения: устанавливают пределы измерения температуры пирометра, соответствующие пределам изменения температуры объекта, измеряют сигналы пирометра, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения температуры, определяют значение излучательной способности объекта измерения. соответствующие нижнему и верхнему пределам изменения его температуры и спектральному диапазону используемого пирометра, вычисляют коэффициент изменения излучательной способности по формуле, измеряют сигнал пирометра, соответствующий условной температуре, и определяют температуру объекта измерения по величине сигнала. ции закона Планка приближением Вина имеет вид где Т вЂ” действительная температура объекта измерения;

Ту — условная температура объекта измерения; — эффективная длина волны пирометра; г — иэлучательная способность объекта измерения;

C2 — вторая постоянная Планка.

1770779

15 и т„=т й, (2) где

А —

<е н

u„„-u„„„ (3) 20

При использовании степенной зависимости — связь между действительной и условной температурой имеет вид

Для нахождения действительной температуры по измеренной условной необходимо определить излучательную способность объекта измерения. Этот фактор не учитывается, что приводит к значительным методическим погрешностям.

Разность между условной и действительной температурами может достигать, в зависимости от значения е, десятков и сотен градусов, Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ измерения температуры объекта, основанный на установлении интервала измеряемых температур и определении условной температуры с помощью радиационного пирометра, введении коррекции в показания пирометра в одной иэ точек шкалы.

Выходной сигнал пирометра пропорционален условной температуре объекта. Отсутствие линейной связи между сигналами пирометра и условной температурой исключает возможность корректировки всех точек шкалы.

Недостаткам данного способа измерения температуры является значительная погрешность измерения температуры, обусловленная изменением излучательной способности от температуры обьекта измерения. Описанный выше способ позволяет корректировать показания пирометра только в какой-либо одной точке шкалы прибора, по определенному заранее значению излучательной способности обьекта измерения и может быть применен только при измерении и регистрации стационарных температур исследуемых объектов. Если при измерении меняющихся температур (динамический режим) корректирование выполнено по одной точке шкалы, то по мере отклонения показаний прибора от этой точки возникает вся увеличивающаяся погрешность определения действительных температур.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры в динамическом режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе бесконтактного измерения температуры пределы измерения температуры пирометром устанавливают соответствующими пределам изменения температуры обьекта при линейной зависимости его излучательной способности от температуры; измеряют сигналы пирометра, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения температуры, определяют значения излучательной способности объекта измерения в нижней и верхней точках изменения температуры по измеренным условным и действительным температурам, вычисляют коэффициент излучательной способности по формуле где е,, е, — значения излучательной способности, соответствующие верхнему и нижнему пределам изменения температуры объекта измерения;

0т,, От„— сигналы пирометра, соответствующие верхнему и нижнему пределам измерения температуры, Измеряют сигнал пирометрэ, соответствующий условной температуре и определяют температуру объекта измерения по величине сигнала, вычисленного по формуле

2 Ui

Отд =

E, — Ae U,„+f (e, — Ag U,,) + яя в

35 (4) где 0>д — значение сигнала пирометра, соответствующее действительной температуре объекта измерения;

Ui — значение сигнала пирометра, соответствующее условной температуре обьекта измерения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что данный способ отличается от известного тем, что пределы измерения температуры пирометром устанавливают соответствующими пределам изменения температуры объекта при линейной зависимости его излучательной способности от температуры, измеряют ,сигналы пирометра, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения температуры, определяют значения излучательной способности объекта измерения в нижней и верхней точках изменения температуры по измеренным условным и действительным температурам, вычисляют коэффициент изменения излучательной способности по формуле (3) и определяют

1770779

Эксперименты и анализ литературных данных показывают, что зависимость излучательной способности различных объектов измерения от температуры (или от сигнала

5 пирометра, соответствующего действительной температуре) может быть аппроксимирована линейной зависимостью в заданном диапазоне изменения температур обьекта.

В этом случае можно записать

ОI тд =0 тд) (5) я=а О+Ь (9) или для температур, соответствующих нижнему и верхнему пределам изменения

15 температуры объекта измерения ен =а От, +Ь;

О тн 0 тн (б) (10) ев =а 0»+b где T, — температура, соответствующая

20 нижнему пределу изменения температуры объекта измерения, А значение излучательной способности, соответствующее верхнему пределу изме- 25 нения температуры обьекта, определяется как

А В н

E — Е

0тн Отн

Ul

Етв

Отв (7) 30

Действительные температуры, соответствующие нижнему и верхнему пределам изменения температуры обьекта измерения определяются. например, по показаниям 35 контактного термометра.

Коэффициент изменения излучательной способности А определяет крутизну нарастания е в заданном диапазоне температур и спектральном диапазоне использу- 40 емого пирометра, Таким образом, в характеристике А учтена зависимость излучательной способности от температуры и длины волны излучения, т,е. я(А, Т).

Чем выше значение А, тем больше 45 может быть погрешность измерения при введении коррекции в одной точке шкалы (прототип), Если диапазон измерения температуры таков, что Ea = ен, т.е. излучательная спо- 50 собность объекта не зависит от температуры в заданном диапазоне ее измерения и спектральном диапазоне используемого пирометра, то Ae = 0 и формула (4) трансформируется в формулу

55 (12) О = Ен + АŠ— — От

@ н (13) ян — Ae О.н

Ц = + (15) Учитывая (5), запишем

0тд =—

Q (16) U)

Отдl = (8) температуру объекта измерения по величине сигнала, вычисленного по формуле (4).

Значение излучательной способности определяют из соотношения где Π— сигнал пирометра, соответствующий условной температуре при действительной температуре объекта Тд, Отд — сигнал пирометра, соответствующий действительной температуре объекта

Тдь

При Тд = Тн

Решая систему (10) относительно а и Ь, получим:

Ь = н — АЯ 0т, .

Подставляя (11) и (9), получим е = н + Ае (Π— Отн} или для каждого значения!

Проведя преобразования, получим

И вЂ” (. - Ag U,„) а — Ac Ui = 0 (1 4) Решением уравнения (14), учитывая, что

@ ) О, является следующее выражение

Подставляя (15) в (16), получим выражение (4) для определения величины сигнала, соответствующего действительной температуре объекта измерения;

1770779 (4) При Ае -О, т.е. при а ен =яв Формула (4) превращается в выражение(16»

Ц

От

Д р в Ен

0тв Uvq

Формула изобретения

Составитель Е,Белов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор

Заказ 3734 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2Ui

Ол=

Э

ee -AeU g+)(ev — A@UzÄ +4Ag0(Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Заявленные отличительные признаки как в отдельности, так и их совокупность не были обнаружены в данной и смежных областях науки и техники. Это позволит сделать вывод о его соответствии критерию

"существенные отличия".

Способ бесконтактного определения температуры, заключающийся в установлении пределов измерения температуры пирометром, измерении сигнала пирометра, соответствующего условной температуре, и определении излучательной способности объекта измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры в динамическом режиме, пределы измерения температуры пирометром устанавливают соответствующими пределами изменения температуры объекта при линейной зависимости его излучатель5 ной способности от температуры, измеряют сигналы пирометра, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения температуры, определяют значения излучательной способности объекта изме10 рения в нижней и верхней точках изменения температуры по измеренным условным и действительным .температурам, вычисляют коэффициент изменения излучательной способности по формуле

15 где 88, е — значения излучательной спо20 собности, соответствующие верхнему и нижнему пределам изменения температуры, обьекта измерения;

UT, UT значения сигналов пирометра, соответствующие верхнему и нижнему пределам изменения температуры обьекта измерения, и определяют температуру объекта измерения по сигналу, вычисленному по формуле

2Ц

Ен — А80тд + (н = AG Uтн +4 А8Ь