CN106052880B - 基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种辐射测温距离的确定方法，属于辐射测温技术领域；该方法以黑体辐射源的轴向温度场为基础，根据黑体空腔的形状参数，结合黑体空腔壁面的材料发射率，计算得到该黑体辐射源的等效黑体截面位置，以该截面的位置作为测温距离的基准，结合辐射温度计的视场，确定辐射测温距离。与传统的以黑体辐射源底部作为测温距离基准的方法相比，对于大视场角的辐射温度计检定和校准，使用该方法确定测温距离能够在一定程度上克服黑体辐射源腔体长度大于测量距离的矛盾；对于以黑体辐射源腔口作为测温距离基准的方法相比，测温结果更为稳定可靠，不易受到各种变量如黑体辐射源温场均匀性等因素的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，属于辐射测温技术领域。
背景技术
黑体辐射源用来对辐射温度计进行检定和校准，由于辐射温度计的视场大小与测量距离有关，而为了保证温度测量结果的准确，要求辐射温度计的视场必须小于黑体辐射源的面积。
通常确定测量距离时，有两种方法：一种以黑体辐射源的黑体腔口为基准；另一种以黑体辐射源的底部作为基准。
以黑体辐射源的腔口为基准时存在一定的理论依据，认为黑体辐射源为均匀等温腔，其腔口即为黑体辐射源的等效黑体辐射面，但是实际上，人工黑体辐射源腔体的等温性与理想黑体存在差距，如果以腔口作为等效黑体辐射面，则会导致辐射温度计的视场内包含非等温部分，从而导致测温结果偏低。
以黑体辐射源的底部作为基准，认为黑体辐射源的底部温度与等效黑体温度相等，避免了黑体辐射源轴向温度场不理想导致的测温偏低问题，然而由于辐射温度计的视场随着测量距离的增加而增大，且黑体辐射源的腔体长度通常较长，可能导致满足辐射温度计视场要求的测量距离小于黑体辐射源的腔体长度，在实际使用中无法实现。另外，黑体辐射源的黑体空腔底部并不一定是平面，进一步增加了以底部作为测量距离基准的难度。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上两种方法存在的问题，提出了一种方法有据、实践效果好的基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：
以黑体辐射源的轴向温度场为基础，根据黑体空腔的形状参数，结合黑体空腔壁面的材料发射率，计算得到该黑体辐射源的等效黑体截面位置，以该截面的位置作为测温距离的基准，结合辐射温度计的视场，确定辐射测温距离。
上述基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：使用蒙特卡洛方法根据黑体辐射源的轴向温度场、黑体空腔的形状参数以及黑体空腔壁面的材料发射率，计算以自黑体辐射源腔口到底部的各个截面作为等效底面的黑体空腔有效发射率，发射率满足要求的第一个截面即可作为等效黑体截面，等效黑体截面的直径与黑体空腔直径相等；此截面至黑体空腔底部范围内的所有截面作为底面时，也均能优于发射率要求。
上述基于等效黑体截面的辐射温度距离确定方法，其特征在于：使用蒙特卡洛方法计算有效发射率时，底面的等效温度采用加权平均黑体空腔底部温度 和截面后方黑体空腔壁面温度的方法确定，黑体空腔底部和截面后方黑体空腔的壁面温度权值等于其对应的投影面积比例。
上述基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：等效黑体截面的直径须大于等于辐射温度计的视场直径的1.25倍。
上述基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：以等效黑体截面作为基准，等效黑体截面直径大于等于辐射温度计视场直径的1.25倍时，辐射温度计与等效黑体截面之间的距离即为测温距离。
有益效果
对比传统的以黑体辐射源底部作为测温距离基准的方法，对于大视场角的辐射温度计检定和校准，本发明方法确定测温距离能够在一定程度上克服黑体辐射源腔体长度大于测量距离的矛盾；对比以黑体辐射源腔口作为测温距离基准的方法，本发明方法测温结果更为稳定可靠，不易受到各种变量如黑体辐射源温场均匀性等因素的影响。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法原理示意图以及加权平均方法计算底面等效温度示意图；
附图标记：1-黑体辐射源底面，2-黑体辐射源壁面，3-第三等效黑体截面，4-第二等效黑体截面，5-第一等效黑体截面，6-辐射温度计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，根据黑体辐射源的轴向温度场以及黑体空腔的形状参数，结合黑体空腔壁面的材料发射率，计算得到等效黑体截面位置，并以该截面的位置作为测温距离的基准，结合辐射温度计的视场，确定辐射测温距离。
作为优选，所述根据黑体辐射源的轴向温度场、黑体空腔的形状参数以及黑体空腔壁面的材料发射率计算得到等效黑体截面位置为使用蒙特卡洛方法计算以自黑体辐射源腔口到底部1的各个截面(如第三等效黑体截面3，第二等效黑体截面4和第一等效黑体截面5)作为等效底面的黑体空腔有效发射率，发射 率满足要求的第一个等效截面5即可作为等效黑体截面；此截面至黑体空腔底部范围内的所有截面(如第二等效截面4和第三等效截面3)作为底面时，也均能优于发射率要求。
该例中，要求黑体辐射源的发射率大于0.99。黑体辐射源的形状参数为长度400mm，直径40mm，黑体空腔材料发射率为0.7，漫射率为0.7，黑体辐射源的轴向温度场数据如表1所示，轴向温度场测点的位置在黑体辐射源长度方向均匀分布，位置0为黑体辐射源底部的温度，位置10为黑体辐射源腔口的温度。
表1黑体辐射源轴向温度场
| 测点位置序号 | 温度/℃ |
| 0 | 200.0 |
| 1 | 199.9 |
| 2 | 199.7 |
| 3 | 199.4 |
| 4 | 198.9 |
| 5 | 198.3 |
| 6 | 197.5 |
| 7 | 195.9 |
| 8 | 193.9 |
| 9 | 189.9 |
| 10 | 183.9 |
根据图1所示的等效底面温度加权计算方法，计算得到在距离黑体辐射源 底部160mm处，等效底面温度为199.2℃，使用蒙特卡洛方法计算得出此时有效发射率为0.993满足发射率大于0.99的要求，可以视此截面为黑体辐射源的等效黑体截面。
该等效黑体截面的直径与黑体辐射源直径相等为40mm，必须大于辐射温度计的视场直径的1.25倍，辐射温度计的距离系数为8:1，因此计算得出测量距离应小于40/1.25*8＝256mm。
以该等效黑体截面作为基准，辐射温度计与等效黑体截面之间的距离即为测温距离，小于256mm即可。
如果以黑体辐射源的底部作为测温距离的基准，则测量距离小于黑体辐射源的黑体空腔长度400mm，在实践中无法操作；如果以黑体辐射源的腔口作为测温距离的基准，则测温误差较大。使用本发明提供的方法，既可以实现操作，又不会降低温度测量精度。
表2展示了实际采用不同测量方法进行测量的结果对比。
表2：不同测量方法的测量结果对比
| 测量方法 | 测试结果/℃ | 误差/℃ |
| 以黑体辐射源底部作为测温距离基准 | 无法测量 | / |
| 以黑体辐射源腔口作为测温距离基准 | 189.5 | -10.5 |
| 以等效黑体截面作为测温距离基准 | 197.3 | -2.7 |
从表2数据也可以充分证实上述结论。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (3)
1.基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：以黑体辐射源的轴向温度场为基础，根据黑体空腔的形状参数，结合黑体空腔壁面的材料发射率，将发射率满足大于0.99的截面视为黑体辐射源的等效黑体截面，计算得到该黑体辐射源的等效黑体截面位置，以该截面的位置作为测温距离的基准，结合辐射温度计的视场，确定辐射测温距离；等效黑体截面的直径须大于等于辐射温度计(6)的视场直径的1.25倍，此时，辐射温度计(6)与等效黑体截面(5)之间的距离即为测温距离。
2.根据权利要求1所述的基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：使用蒙特卡洛方法根据所述黑体辐射源的轴向温度场、黑体空腔的形状参数以及黑体空腔壁面的材料发射率，计算以自黑体辐射源腔口到底部(1)的各个截面作为等效底面的黑体空腔有效发射率，发射率满足要求的第一个截面即可作为等效黑体截面(5)，等效黑体截面的直径与黑体空腔直径相等；此截面至黑体空腔底部范围内的所有截面作为底面时，也均能优于发射率要求。
3.根据权利要求2所述的基于等效黑体截面的辐射测温距离确定方法，其特征在于：所述使用蒙特卡洛方法计算有效发射率时，底面的等效温度采用加权平均黑体空腔底部(1)温度和截面后方黑体空腔壁面(2)温度的方法确定，黑体空腔底部和截面后方黑体空腔的壁面温度权值等于其对应的投影面积比例。
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