CN103344341B - 一种辐射测温装置的温控方法 - Google Patents
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Abstract
一种辐射测温装置的温控方法，涉及辐射测温领域。解决了现有辐射测温装置结构复杂，难以在狭小的空间内进行温度测量；由于半球型前置反射器的温度高于被测物体的温度引起被测表面的温升，影响测量结果的准确性、及无法实现温控的问题。半球型前置反射器为含有顶端开有小孔的半球型前置反射腔的圆柱体结构，辐射温度计进行温度测量；开有通孔且中心位置开有小孔的半导体制冷片通过导热硅胶与半球型前置反射器的顶部黏贴，每个通孔中均放置温度传感器；辐射温度计获得被测试件的辐射温度，PID控制器中设定半球型前置反射器的工作温度，控制半导体制冷片中的电流实现温度控制。本发明适用于对物体进行辐射测温。
Description
技术领域
本发明涉及辐射测温领域，具体涉及基于半球型前置反射器的辐射测温领域。
背景技术
辐射测温仪是一种非接触式测温仪器，工作时不存在因接触传热而产生的测温传热误差。从理论上讲，测温上限不受测温传感器材料的限制，可高达2000℃以上，动态性能好，响应速度快。而另一方面，目前使用的各种辐射测温仪测得的不是物体的真实温度，只是亮度温度、颜色温度或辐射温度等，必须知道材料的真实发射率，才可求得物体真实温度。发射率所描述的是材料发射热辐射的能力。众所周知，材料发射率不仅与材料的组份、表面状态及考察波长有关，还与它所处的温度有关，而且易随表面状态改变而改变。
为减小或消除发射率对辐射测温的影响，一些学者提出了将半球型前置反射器置于在被测物体的表面上，以提高被测表面的有效发射率，从而获得与发射率无关的正确测温法。
然而，采用半球型前置反射器进行实际测量时，不可避免会出现下面的物理现象：
1.半球型前置反射器内表面的固有辐射与被测物体表面的辐射叠加在一起，经过反射器的多次反射后进入辐射测温仪，影响测量结果的准确性。特别是当半球型前置反射器的温度与被测物体温度接近甚至高于被测物体的温度时，这种影响就更为明显。
2.半球型前置反射器的温度高于被测物体的温度时，会引起被测表面的温升，同样影响测量结果的准确性。
发明内容
本发明为了解决现有辐射测温装置结构复杂，难以在狭小的空间内对被测试件进行温度测量；同时由于半球型前置反射器的温度高于被测物体的温度时会引起被测表面的温升，从而影响测量结果的准确性、及无法实现温度控制的问题，提供了一种辐射测温装置的温控方法。
一种辐射测温装置的温控方法，它是基于以下辐射测温装置实现的，所述辐射测温装置包括半球型前置反射器和辐射温度计，半球型前置反射器为圆柱体结构，半球型前置反射器的内部为内表面抛光的半球体，所述半球体为半球型前置反射腔，半球型前置反射腔的内表面镀有一层金属膜，该金属膜在红外光谱段的反射率不小于98％，半球型前置反射器的环形底面和圆柱体侧面均镀有所述金属膜，半球型前置反射腔的顶端开有小孔，辐射温度计用于进行辐射温度测量，
所述辐射测温装置还包括温度传感器和半导体制冷片，半导体制冷片通过导热硅胶与半球型前置反射器的顶部黏贴，半导体制冷片为电流换能型片件，中心位置开有小孔，该小孔的尺寸与半球型前置反射腔顶端的小孔尺寸相同，且两个小孔同轴，半导体制冷片上开有N个通孔，N为正整数，每个通孔中均放置一个温度传感器，每个温度传感器均用于采集半球型前置反射器的温度，
所述辐射测温装置还包括PID控制器，PID控制器的N个温度信号输入端与N个温度传感器的温度信号输出端连接，PID控制器的温度控制信号输出端与半导体制冷片温度控制信号输入端连接，
所述辐射测温装置的温控方法是通过以下方式实现的：
步骤一、在进行测温前，首先将辐射温度计放置在半球型前置反射器的上方，并且辐射温度计对准半球型前置反射器和半导体制冷片上的小孔；
步骤二、将半球型前置反射器放置在被测试件的表面上，红外辐射在该半球型前置反射腔覆盖的被测试件区域与半球型前置反射腔之间进行多次反射，采用辐射温度计采集辐射温度；
步骤三、根据辐射温度计获得的辐射温度值设定半球型前置反射器的温度，将设定的温度作为半球型前置反射器的工作温度；
步骤四、将步骤三中设定的半球型前置反射器的工作温度值输入PID控制器，通过温度控制器获得半球型前置反射器的实时工作温度并发送给PID控制器，PID控制器根据接收的半球型前置反射器的实时工作温度，通过控制半导体制冷片中通过电流的大小，使半球型前置反射器的温度保持在步骤三中设定的工作温度值，实现辐射测温装置的温度控制。
有益效果：本发明装置的结构简单、便于携带，能够适用于在狭窄空间内进行温度测量，同时本发明采用将半球型前置反射器置于被测物体的表面上的方法进行测温，这种方法可以减小发射率对辐射测温的影响，并且通过加入半导体制冷片使得半球型前置反射器能够处在比被测物体温度低的状态，能够保证测量温度结果的准确性；通过加入温度传感器和PID控制器能够实现温度控制。
附图说明
图1为半球型前置反射器的侧视图；
图2为半球型前置反射器的俯视图；
图3为半球型前置反射器的纵向剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一、一种辐射测温装置，它包括半球型前置反射器2和辐射温度计，半球型前置反射器2为圆柱体结构，半球型前置反射器2的内部为内表面抛光的半球体，所述半球体为半球型前置反射腔3，半球型前置反射腔3的内表面镀有一层金属膜，该金属膜在红外光谱段的反射率不小于98％，半球型前置反射器2的环形底面和圆柱体侧面均镀有所述金属膜，半球型前置反射腔3的顶端开有小孔，辐射温度计用于进行辐射温度测量，
它还包括温度传感器和半导体制冷片1，半导体制冷片1通过导热硅胶与半球型前置反射器2的顶部黏贴，半导体制冷片1为电流换能型片件，中心位置开有小孔，该小孔的尺寸与半球型前置反射腔3顶端的小孔尺寸相同，且两个小孔同轴，半导体制冷片1上开有N个通孔，N为正整数，每个通孔中均放置一个温度传感器，每个温度传感器均用于采集半球型前置反射器2的温度。
工作原理：利用本发明进行温度测量前，将半球型前置反射器2放置在被测试件表面，辐射高温计对准半球型前置反射器2和半导体制冷片1上的小孔，测量从小孔辐射出的辐射亮度，再测量温度的同时，给半导体制冷片1通电，通过控制电流的大小使半导体制冷片1制冷。
本实施方式中所述的半导体制冷片1是电流换能型片件，没有滑动部件和旋转部件，不会产生回转效应，工作时没有震动和噪音，而且使用寿命长，安装简便容易。
本实施方式中所述的温度传感器可以为热电偶或热电阻。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种辐射测温装置的区别在于，所述半球型前置反射腔3的直径尺寸范围为10mm-100mm。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种辐射测温装置的区别在于，所述半导体制冷片1的面积与半球型前置反射器2的顶面面积相同。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种辐射测温装置的区别在于，所述半球型前置反射腔3顶端小孔的孔径为0.05mm-0.3mm。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式二、三或四所述的一种辐射测温装置的区别在于，它还包括PID控制器，PID控制器的N个温度信号输入端与N个温度传感器的温度信号输出端连接，PID控制器的温度控制信号输出端与半导体制冷片1温度控制信号输入端连接。
本实施方式中所述的PID控制器是由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定以及根据温度传感器对半球型前置反射器2的测量结果来实现对半球型前置反射器2的温度控制。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的一种辐射测温装置的温控方法的区别在于，它是通过以下方式实现的：
步骤一、在进行测温前，首先将辐射温度计放置在半球型前置反射器2的上方，并且辐射温度计对准半球型前置反射器2和半导体制冷片1上的小孔；
步骤二、将半球型前置反射器2放置在被测试件的表面上，被半球型前置反射腔3覆盖的被测试件的表面的红外辐射在半球型前置反射腔3和被测试件表面间进行多次反射后，通过半球型前置反射器2和半导体制冷片1的小孔进入辐射温度计，没有被半球型前置反射腔3覆盖的被测试件的表面的红外辐射被半球型前置反射器2的环形底面和圆柱体侧面反射；
步骤三、根据辐射温度计获得的辐射温度值设定半球型前置反射器2的温度，将设定的温度作为半球型前置反射器2的工作温度；
步骤四、将步骤三中设定的半球型前置反射器2的工作温度值设置在PID控制器中，通过温度控制器获得半球型前置反射器2的实时工作温度并发送给PID控制器，PID控制器根据接收的半球型前置反射器2的实时工作温度，通过控制半导体制冷片中通过电流的大小，使半球型前置反射器2的温度保持在步骤三中设定的工作温度值，实现辐射测温装置的温度控制。
Claims (4)
1.一种辐射测温装置的温控方法，它是基于以下辐射测温装置实现的，所述辐射测温装置包括半球型前置反射器(2)和辐射温度计，半球型前置反射器(2)为圆柱体结构，半球型前置反射器(2)的内部为内表面抛光的半球体，所述半球体为半球型前置反射腔(3)，半球型前置反射腔(3)的内表面镀有一层金属膜，该金属膜在红外光谱段的反射率不小于98％，半球型前置反射器(2)的环形底面和圆柱体侧面均镀有所述金属膜，半球型前置反射腔(3)的顶端开有小孔，辐射温度计用于进行辐射温度测量，
所述辐射测温装置还包括温度传感器和半导体制冷片(1)，半导体制冷片(1)通过导热硅胶与半球型前置反射器(2)的顶部黏贴，半导体制冷片(1)为电流换能型片件，中心位置开有小孔，该小孔的尺寸与半球型前置反射腔(3)顶端的小孔尺寸相同，且两个小孔同轴，半导体制冷片(1)上开有N个通孔，N为正整数，每个通孔中均放置一个温度传感器，每个温度传感器均用于采集半球型前置反射器(2)的温度，
所述辐射测温装置还包括PID控制器，PID控制器的N个温度信号输入端与N个温度传感器的温度信号输出端连接，PID控制器的温度控制信号输出端与半导体制冷片(1)温度控制信号输入端连接，
其特征在于，所述辐射测温装置的温控方法是通过以下方式实现的：
步骤一、在进行测温前，首先将辐射温度计放置在半球型前置反射器(2)的上方，并且辐射温度计对准半球型前置反射器(2)和半导体制冷片(1)上的小孔；
步骤二、将半球型前置反射器(2)放置在被测试件的表面上，红外辐射在该半球型前置反射腔(3)覆盖的被测试件区域与半球型前置反射腔(3)之间进行多次反射，采用辐射温度计采集辐射温度；
步骤三、根据辐射温度计获得的辐射温度值设定半球型前置反射器(2)的温度，将设定的温度作为半球型前置反射器(2)的工作温度；
步骤四、将步骤三中设定的半球型前置反射器(2)的工作温度值输入PID控制器，通过温度控制器获得半球型前置反射器(2)的实时工作温度并发送给PID控制器，PID控制器根据接收的半球型前置反射器(2)的实时工作温度，通过控制半导体制冷片中通过电流的大小，使半球型前置反射器(2)的温度保持在步骤三中设定的工作温度值，实现辐射测温装置的温度控制。
2.根据权利要求1所述的一种辐射测温装置的温控方法，其特征在于，所述半球型前置反射腔(3)的直径尺寸范围为10mm-100mm。
3.根据权利要求1所述的一种辐射测温装置的温控方法，其特征在于，所述半导体制冷片(1)的面积与半球型前置反射器(2)的顶面面积相同。
4.根据权利要求1所述的一种辐射测温装置的温控方法，其特征在于，所述半球型前置反射腔(3)顶端小孔的孔径为0.05mm-0.3mm。
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