CN107817054A - 一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法，将测试件粘在热源上；并将校准的测温元件布置在测试件上；测量在不同温度下获得红外成像测试温度和测试件真实温度；拟合获得红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系。本发明可以有效地避开测试件表面发射率及真空玻窗的低透射率对红外成像仪温度测试结果带来的影响，准确地从红外成像仪温度测试结果获得测试件表面表面的真实温度。通过红外成像仪对真空腔内的待测部件进行测试，根据所获得的红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系，可以准确地获得真空腔内的待测部件的实际温度，达到了温度校准的目的。
Description
技术领域
本发明涉及真空腔内部件温度测试及校准技术领域，更具体的涉及一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法。适用真空腔内部件温度测量。
背景技术
真空系统由于独特的优势，在国民经济生产及科研实验中得到了广泛的应用。真空系统内部件的温度测量技术也得到了发展，目前在真空腔内常用的温度测量技术包括热电偶测量技术、无线温度传感器测量技术以及红外成像测量技术等。热电偶测量及无线温度传感器测量都属于接触式测量，需要在测量点安装热电偶或者温度传感器。对于表面结构复杂的部件，如果要进行热分析，则需布置大量测量点，比较繁琐。在采用热电偶测量时，需要将真空腔内的电缆与室外相连，使得装置比较复杂。而且采用接触式测量时，测温元件需要与待测物达到热平衡，存在测温延迟现象，同时由于测温元件通电后自身的加热以及与待测物的热交换，使得测试结果与实际有偏差。并且在一些特殊领域中，由于真空腔内存在射频电场等对测温元件进行加热及干扰，影响测量结果。相比之下，非接触式红外成像仪温度测量没有上述问题。红外成像技术是利用物体热辐射原理来测量温度，不需要与物体接触，可以避开接触式测量所带来的问题。而且，红外成像测温技术还具有可以获得部件整体温度分布的优势。但是利用红外成像测量物体温度时，需要考虑物理材料本身的发射率，特别对于金属材料，其发射率随着表面抛光程度及氧化程度变化较大，测试时很难准确获得其表面的真实温度。同时在测试真空腔内物体的温度时，还需要考虑窗口透射率对测试结果带来的影响。由于大部分窗口对红外波段的透射率都较低，这样红外成像仪探测到的辐射能量就小于物体实际辐射的能量，所显示的温度小于实际温度。因此在采用红外成像仪测试温度时，特别用来测试真空腔内物体温度，需要提前对红外成像仪的测试结果进行校准。一般常用的校准方法是先通过有效的手段对材料发射率和窗口投射率进行测量，然后设置红外成像仪的参数，并将测试结果与安置在真空腔内的恒温源进行比较。由于红外成像仪测试原理，低的材料发射率及窗口透射率会增加测试结果的不确定度。其次材料表面发射率的校准本身也是件繁琐的过程，同时恒温源也比较难获得。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法。能够方便、准确地对真空腔内材料红外成像仪温度测试结果进行校准，从而利用红外成像仪准确地获得待测物体整体温度分布。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法，包括以下步骤：
步骤1、将与待测部件的材质、表面粗糙度、氧化程度相同的测试件粘在热源上，
步骤2、并将校准的测温元件布置在测试件上，将热源、测试件及测温元件一起放入真空室内，
步骤3、待真空室内的热源、测试件及测温元件温度稳定后，利用红外成像仪透过真空室上的真空玻窗测量测试件表面的红外成像测试温度，同时利用测温元件直接测量测试件表面的测试件真实温度；然后改变热源温度，在不同温度下获得红外成像测试温度和测试件真实温度，
步骤4、测试件真实温度与红外成像测试温度之间的关系式为：T0＝ (A0T1 n/ε+B0Tn/ε)1/n，其中，T0为测试件真实温度，T1为红外成像测试温度，A0和 B0为拟合参数，ε为测试件表面发射率，n为设定次方参数，根据不同温度下获得的红外成像测试温度和测试件真实温度，并利用上述关系式拟合获得拟合参数A0和B0，进而获得红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系。
根据红外成像仪测温原理，红外成像仪测的温度和真实温度具有如下关系：
T0＝T1/ε1/n 公式(1)
其中T0为测试件真实温度，T1为红外成像测试温度，ε为测试件表面发射率， n为设定次方参数，由红外成像仪探测器件决定。在实际使用过程中，红外成像仪测试温度时还受到大气透射率、环境温度、镜头温度等的影响。红外成像仪测试温度时会对这些影响进行补偿，可以用上式近似处理数据。但对于利用红外成像仪透过真空玻窗测试真空腔内部件温度时，红外成像仪内部的补偿忽略了真空玻窗透射率、真空玻窗自身辐射以及周边金属部件反射等的影响。这些影响可以认为都是测试件温度及环境温度的函数。因此，在本申请中，T1与T0有如下关系式：
T1 n＝AεT0 n+BTn 公式(2)
其中常数A与真空玻窗透射率有关，常数B与真空玻窗辐射及周边金属反射等有关，T为室温。由上式可得：
T0＝(A0T1 n/ε+B0Tn/ε)1/n 公式(3)
其中拟合参数A0为1/A，拟合参数B0为-B/A。从上式可以看出，T0与T1不再是简单的直线关系。对上式进行展开，可以认为测试件真实温度T0和红外成像仪测试温度T1存在着多项式关系。因此在数据拟合时，可以采用一元二次多项式进行拟合，获得了更加精确的结果。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
可以有效地避开测试件表面发射率及真空玻窗的低透射率对红外成像仪温度测试结果带来的影响，准确地从红外成像仪温度测试结果获得测试件表面的真实温度。通过红外成像仪对真空腔内的待测部件进行测试，根据所获得的红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系，可以准确地获得真空腔内的待测部件的实际温度，达到了温度校准的目的。
附图说明
图1为实施例1中热源及校准的测温元件(铂电阻)测温结构示意图，其中(a) 为铝板背面结构示意图；(b)为铝板正面结构示意图。
图2为红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系对应的拟合曲线示意图；
图中：1-铝板背面；2-粘在铝板背面的加热薄膜；3-粘在铝板正面的钼片；4- 粘在钼片上的铂电阻；5-铝板正面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
实施例1：
一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法，包括以下步骤：
步骤1、将与待测部件的材质、表面粗糙度、氧化程度相同的测试件粘在热源上，实现良好的热接触。
步骤2、并将校准的测温元件布置在测试件上，将热源、测试件及测温元件一起放入真空室内，
步骤3、待真空室内的热源、测试件及测温元件温度稳定后，利用红外成像仪透过真空室上的真空玻窗测量测试件表面的红外成像测试温度，同时利用测温元件直接测量测试件表面的测试件真实温度；然后改变热源温度，在不同温度下获得红外成像测试温度和测试件真实温度，
步骤4、测试件真实温度与红外成像测试温度之间的关系式为：T0＝ (A0T1 n/ε+B0Tn/ε)1/n，其中，T0为测试件真实温度，T1为红外成像测试温度，A0和B0为拟合参数，ε为测试件表面发射率，本实施例中ε为0.95，n为设定次方参数，由红外成像仪探测器件决定，本实施例中n为4，根据不同温度下获得的红外成像测试温度和测试件真实温度，并利用上述关系式拟合获得拟合参数A0和B0，进而获得红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系。
在本实施例中，待测部件和测试件均为钼片，热源为背面粘有加热薄膜的铝板，钼片粘在铝板正面，测温元件为已在计量研究院进行校准的铂电阻，铂电阻粘在钼片上，步骤4中利用一元二次多项式进行拟合，另外做对比实验，通过线性拟合的方式对红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系进行拟合，得到表1
表1为线性拟合与本申请的多项式拟合的精度对比表
如图2中所示。横坐标为红外成像仪测得的温度，纵坐标为测温元件测得的温度，采用多项式进行拟合，红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系对应的拟合曲线如图2中实线所示，这样就建立了两者的关系。避免了材料表面发射率、玻窗透射率、环境辐射及反射等对红外成像仪温度测试带来的影响，解决了采用红外成像仪测量真空腔内测试待测物体温度不准确的问题
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。
Claims (1)
1.一种用于真空腔内部件的红外成像仪测温方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将与待测部件的材质、表面粗糙度、氧化程度相同的测试件粘在热源上，
步骤2、并将校准的测温元件布置在测试件上，将热源、测试件及测温元件一起放入真空室内，
步骤3、待真空室内的热源、测试件及测温元件温度稳定后，利用红外成像仪透过真空室上的真空玻窗测量测试件表面的红外成像测试温度，同时利用测温元件直接测量测试件表面的测试件真实温度；然后改变热源温度，在不同温度下获得红外成像测试温度和测试件真实温度，
步骤4、测试件真实温度与红外成像测试温度之间的关系式为：T0＝(A0T1 n/ε+B0Tn/ε)1/n，其中，T0为测试件真实温度，T1为红外成像测试温度，A0和B0为拟合参数，ε为测试件表面发射率，n为设定次方参数，根据不同温度下获得的红外成像测试温度和测试件真实温度，并利用上述关系式拟合获得拟合参数A0和B0，进而获得红外成像测试温度和测试件真实温度之间的函数关系。
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