CN102519606B - 红外测温目标体发射率测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外测温目标体发射率测定方法，该方法包括以下步骤：⑴红外辐射测温仪的选择；⑵高温管式炉的选择；⑶测温标准设备的选择；⑷提取、制作被测物样本；⑸将被测物样本放置于高温管式炉内；⑹使红外辐射测温仪与被测物样本保持同轴；⑺调整红外辐射测温仪的测温距离；⑻在被测物样本与红外辐射测温仪间设有一道开孔的遮光板；⑼将红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统对准被测物样本；⑽将高温管式炉升温；记录标准温度T；⑾调整红外辐射测温仪的发射率或坡度值；记录调整后显示的发射率或坡度值；⑿采取等精度多次测量的数据处理方式，得到被测物样本在某一温度范围内部分发射率数据集。本发明方法简单、成本低廉、易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及仪表测量技术领域，尤其涉及红外测温目标体发射率测定方法。
背景技术
各种物质表面的发射率(也称辐射率、黑度系数等)是表征物质表面辐射性能的物理量，是一项重要的热物性参数。在工业生产应用红外辐射测温时，被测对象都是非黑体。要保证红外辐射测温系统的准确性，必须获得一定温度范围内该材料表面的发射率。辐射温度计测温分为全辐射温度计、光谱辐射温度计、部分辐射温度计。全辐射温度计和光谱辐射温度计测温过程中涉及到“全发射率”和“光谱发射率”测定，“全发射率”常用辐射热平衡法和温度衰减测量法，“光谱发射率”根据不同的测量原理其测量方法分为量热法、反射率法、辐射能量法和多波长测量法等。近年来国内外广泛使用的红外测温仪就属于部分辐射温度计。但实际应用红外测温仪存在以下问题：
⑴部分辐射温度计的发射率测定在国内外目前尚未有成熟、明确的测定方法和装置。国内提供的发射率表大都是物质的全发射率值表及光谱发射率，没有针对部分发射率的测定方法及相关数据集；⑵国内企业应用红外线辐射测温仪时通常采用的现场测温热电偶比对的方法获得被测样本部分发射率：即利用就近安装热电偶测温元件，通过调整红外测温仪发射率使其等于热电偶测得的比对温度的方法，但该方法由于工业现场热电偶精度较低、红外测温仪环境温度漂移影响及温度数据比对滞后等问题，难以获得准确的修正发射率，使红外测温仪只能测得“名义温度”。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、成本低廉、易于实现的红外测温目标体发射率测定方法。
为解决上述问题，本发明所述的红外测温目标体发射率测定方法，包括以下步骤：
⑴红外辐射测温仪的选择：在恒温、恒湿的标准热工实验室内，选取一台经黑体炉检定合格的整体式单色或双色红外辐射测温仪作为被测对象红外辐射特性测试主要的设备；所述整体式单色或双色红外辐射测温仪的测温量程范围为700~1600℃；
⑵高温管式炉的选择：选取0~1600℃的高温管式炉，其工作室尺寸直径60mm、高600mm，控温精度优于±1℃；
⑶测温标准设备的选择：选用经上一级国家法定计量单位检定合格的II等标准铂铑10-铂热电偶，0.05级成套工作的直流低电势电位差计和寄生电势不大于1μV的转换开关、冷端恒温器作为测温标准设备；
⑷提取、制作被测物样本：
①提取被测材料A，将其加工为42×42×20mm长方条，使上表面保持原有材料表面光洁度；同时在其底部钻一个直径10mm、高10mm的孔I，使标准热电偶端头能够插入小孔准确测量测试样本温度；
②提取被测材料B，将其加工为42×42×260mm长方条，并在其上钻一个直径30mm、高260mm的孔II；
③制作被测物样本：所述被测材料A的上表面通过zs-1071耐高温无机粘合剂与所述被测材料B底部除所述孔II所占面积之外的部分相黏结后，即得被测物样本；
⑸将所述被测物样本放置于所述高温管式炉内，保持所述被测物样本距离所述高温管式炉炉口20mm；
⑹将所述红外辐射测温仪使用固定夹紧装置固定，通过所述红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统，并利用高度调整装置调整其高度，使其与所述高温管式炉内所述被测物样本保持同轴；
⑺通过可移动同轴轨道，调整所述红外辐射测温仪的测温距离，使所述被测物样本与所述红外辐射测温仪间的距离D满足D=S×距离系数D/S的要求；其中所述S是指所述高温管式炉的测量通道孔径，距离系数D/S是指所述红外辐射测温仪的额定距离系数；
⑻在所述被测物样本与所述红外辐射测温仪间设有一道开孔直径为20mm的遮光板，其安装位置根据所述步骤⑺中D及所述距离系数D/S确定；
⑼将所述红外辐射测温仪通电预热30min，使用红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统对准所述被测物样本，使所述被测样本目标体充满视场，顺时针或反时针旋转所述目视光学瞄准系统镜头架，直到目标位于焦点处；
⑽将所述高温管式炉升温至需测定温度点并保持恒定；当波动范围≤1℃时，使所述被测物样本与所述高温管式炉温度保持热平衡10min以上；记录此时所述热电偶测得的标准温度T；
⑾调整所述红外辐射测温仪的发射率或坡度值，直至其所测温度与所述标准温度T一致；记录所述红外辐射测温仪调整后显示的发射率或坡度值；
⑿对所述步骤⑾测量出的发射率或坡度值采取等精度多次测量的数据处理方式，得到所述被测物样本在某一温度范围内部分发射率数据集，即：
①在所述红外辐射测温仪测量范围内所述被测物样本最低常用工作温度至最高常用温度范围内，等分5点温度；
②对同一温度点分别在上升、下降过程测定3次发射率或坡度值，分别记为l1、l2、……l6；
③每一个温度点测定的真实发射率或坡度值算术平均值由下式获得：
所述步骤⑴中黑体炉的温度范围为300~1700℃，精度为±0.25%，有效发射率为0.98。
所述步骤⑴中单色或双色红外辐射测温仪的精度优于±0.75%FS；重复精度优于±0.3%FS；单色发射率范围为0.1~1.0，步长优于0.01；双色坡度范围为0.85~1.15，步长优于0.001；其中FS为红外辐射测温仪测量范围。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、多数企业自身配备高温管式炉及标准热电偶，配套相应的附属设备即可测定红外线发射率（坡度），设备成本较低，测量方法简单、易于实现。
2、由于本发明将被测试样本及标准热电偶在高温管式炉内加热至测试点稳态热平衡时，通过标准热电偶测温值与红外辐射测温仪测温值比对标定的方法获得被测样本在其温度点的红外发射率和坡度值，因此，实现了对在固定温度范围某一红外波长内测量对象样本部分红外发射率值或坡度值的准确测量，测量精度能够达到±1%，解决了工业现场因发射率、坡度值数据无法准确获得而一直测量“名义温度”或测量准确度较低的现状。
3、本方法通过测定某一温度点的红外发射率（坡度）为应用红外辐射测温仪进行测温时，判定测温对象黑体辐射特性及发射率（坡度）修正提供准确定量化参考依据。
4、本发明适用于冶金炉窑中对测温目标体红外线发射率（坡度）的测定。
具体实施方式
红外测温目标体发射率测定方法，包括以下步骤：
⑴红外辐射测温仪的选择：在恒温、恒湿的标准热工实验室内，选取一台经黑体炉检定合格的整体式单色或双色红外辐射测温仪作为被测对象红外辐射特性测试主要的设备。
其中：
黑体炉的温度范围为300~1700℃，精度为±0.25%，有效发射率为0.98；整体式单色或双色红外辐射测温仪的测温量程范围为700~1600℃，其精度优于±0.75%FS；重复精度优于±0.3%FS；单色发射率范围为0.1~1.0，步长优于0.01；双色坡度范围为0.85~1.15，步长优于0.001；其中FS为红外辐射测温仪测量范围。
⑵高温管式炉的选择：选取0~1600℃的高温管式炉，其工作室尺寸直径60mm、高600mm，控温精度优于±1℃。
⑶测温标准设备的选择：选用经上一级国家法定计量单位检定合格的II等标准铂铑10-铂热电偶，0.05级成套工作的直流低电势电位差计和寄生电势不大于1μV的转换开关、冷端恒温器作为测温标准设备。
⑷提取、制作被测物样本：
①提取被测材料A，将其加工为42×42×20mm长方条，使上表面保持原有材料表面光洁度，防止因光洁度变化对发射率准确性影响。同时为保证标准热电偶准确测量被测材料温度，在其底部钻一个直径10mm、高10mm的孔I，使标准热电偶端头能够插入小孔准确测量测试样本温度；
②提取被测材料B，将其加工为42×42×260mm长方条，并在其上钻一个直径30mm、高260mm的孔II，以防止高温管式炉工作室背景红外能量干扰影响；
③制作被测物样本：被测材料A的上表面通过zs-1071耐高温无机粘合剂与被测材料B底部除孔II所占面积之外的部分相黏结后，即得被测物样本。
⑸将被测物样本放置于高温管式炉内，保持被测物样本距离高温管式炉炉口20mm。
⑹将红外辐射测温仪使用固定夹紧装置固定，通过红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统，并利用高度调整装置调整其高度，使其与高温管式炉内被测物样本保持同轴。
⑺通过可移动同轴轨道，调整红外辐射测温仪的测温距离，使被测物样本与红外辐射测温仪间的距离D满足D=S×距离系数D/S的要求；其中S是指高温管式炉的测量通道孔径，距离系数D/S是指红外辐射测温仪的额定距离系数。
⑻为防止高温管式炉内壁或其它非被测物发射出的红外线能量背景辐射干扰，干扰测量准确性，在被测物样本与红外辐射测温仪间设有一道开孔直径为20mm的遮光板，其安装位置根据所述步骤⑺中D及所述距离系数D/S确定。
⑼将红外辐射测温仪通电预热30min，使用红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统对准被测物样本，使被测样本目标体充满视场，顺时针或反时针旋转目视光学瞄准系统镜头架，直到目标位于焦点处。
⑽为保证被测物样本与高温管式炉加热标准温度达到热平衡，将高温管式炉升温至需测定温度点并保持恒定；当波动范围≤1℃时，使被测物样本与高温管式炉温度保持热平衡10min以上；记录此时热电偶测得的标准温度T。
⑾调整红外辐射测温仪的发射率或坡度值，直至其所测温度与标准温度T一致；记录红外辐射测温仪调整后显示的发射率或坡度值。
⑿对步骤⑾测量出的发射率或坡度值采取等精度多次测量的数据处理方式，得到被测物样本在某一温度范围内部分发射率数据集，即：
①在红外辐射测温仪测量范围内被测物样本最低常用工作温度至最高常用温度范围内，等分5点温度；
②对同一温度点分别在上升、下降过程测定3次发射率或坡度值，分别记为l1、l2、……l6；
③每一个温度点测定的真实发射率或坡度值算术平均值由下式获得：
Claims (3)
1.红外测温目标体发射率测定方法，包括以下步骤：
⑴红外辐射测温仪的选择：在恒温、恒湿的标准热工实验室内，选取一台经黑体炉检定合格的整体式单色或双色红外辐射测温仪作为被测对象红外辐射特性测试主要的设备；所述整体式单色或双色红外辐射测温仪的测温量程范围为700~1600℃；
⑵高温管式炉的选择：选取0~1600℃的高温管式炉，其工作室尺寸直径60mm、高600mm，控温精度优于±1℃；
⑶测温标准设备的选择：选用经上一级国家法定计量单位检定合格的II等标准铂铑10-铂热电偶，0.05级成套工作的直流低电势电位差计和寄生电势不大于1μV的转换开关、冷端恒温器作为测温标准设备；
⑷提取、制作被测物样本：
①提取被测材料A，将其加工为42×42×20mm长方条，使上表面保持原有材料表面光洁度；同时在其底部钻一个直径10mm、高10mm的孔I，使标准热电偶端头能够插入小孔准确测量测试样本温度；
②提取被测材料B，将其加工为42×42×260mm长方条，并在其上钻一个直径30mm、高260mm的孔II；
③制作被测物样本：所述被测材料A的上表面通过zs-1071耐高温无机粘合剂与所述被测材料B底部除所述孔II所占面积之外的部分相黏结后，即得被测物样本；
⑸将所述被测物样本放置于所述高温管式炉内，保持所述被测物样本距离所述高温管式炉炉口20mm；
⑹将所述红外辐射测温仪使用固定夹紧装置固定，通过所述红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统，并利用高度调整装置调整其高度，使其与所述高温管式炉内所述被测物样本保持同轴；
⑺通过可移动同轴轨道，调整所述红外辐射测温仪的测温距离，使所述被测物样本与所述红外辐射测温仪间的距离D满足D=S×距离系数D/S的要求；其中所述S是指所述高温管式炉的测量通道孔径，距离系数D/S是指所述红外辐射测温仪的额定距离系数；
⑻在所述被测物样本与所述红外辐射测温仪间设有一道开孔直径为20mm的遮光板，其安装位置根据所述步骤⑺中D及所述距离系数D/S确定；
⑼将所述红外辐射测温仪通电预热30min，使用红外辐射测温仪上的目视光学瞄准系统对准所述被测物样本，使所述被测样本目标体充满视场，顺时针或反时针旋转所述目视光学瞄准系统镜头架，直到目标位于焦点处；
⑽将所述高温管式炉升温至需测定温度点并保持恒定；当波动范围≤1℃时，使所述被测物样本与所述高温管式炉温度保持热平衡10min以上；记录此时所述热电偶测得的标准温度T；
⑾调整所述红外辐射测温仪的发射率或坡度值，直至其所测温度与所述标准温度T一致；记录所述红外辐射测温仪调整后显示的发射率或坡度值；
⑿对所述步骤⑾测量出的发射率或坡度值采取等精度多次测量的数据处理方式，得到所述被测物样本在某一温度范围内部分发射率数据集，即：
①在所述红外辐射测温仪测量范围内所述被测物样本最低常用工作温度至最高常用温度范围内，等分5点温度；
②对同一温度点分别在上升、下降过程测定3次发射率或坡度值，分别记为l1、l2、……l6；
③每一个温度点测定的真实发射率或坡度值算术平均值由下式获得：
。
2.如权利要求1所述的红外测温目标体发射率测定方法，其特征在于：所述步骤⑴中黑体炉的温度范围为300~1700℃，精度为±0.25%，有效发射率为0.98。
3.如权利要求1所述的红外测温目标体发射率测定方法，其特征在于：所述步骤⑴中单色或双色红外辐射测温仪的精度优于±0.75%FS；重复精度优于±0.3%FS；单色发射率范围为0.1~1.0，步长优于0.01；双色坡度范围为0.85~1.15，步长优于0.001；其中FS为红外辐射测温仪测量范围。
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