CZ2004137A3 - Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů a zařízení k provádění způsobu - Google Patents
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů a zařízení k provádění způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2004137A3 CZ2004137A3 CZ2004137A CZ2004137A CZ2004137A3 CZ 2004137 A3 CZ2004137 A3 CZ 2004137A3 CZ 2004137 A CZ2004137 A CZ 2004137A CZ 2004137 A CZ2004137 A CZ 2004137A CZ 2004137 A3 CZ2004137 A3 CZ 2004137A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- temperature
- detectors
- emissivity
- infrared radiation
- detector
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 17
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů a zařízení k provádění způsobu
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů na principu snímání infračerveného záření vystupujícího z měřeného objektu pomocí alespoň dvou detektorů infračerveného záření, které jsou udržovány na rozdílných středních teplotách.
Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu obsahuje alespoň dva detektory infračerveného záření, jejichž výstupy jsou přes prostředky pro úpravu signálu propojeny se vstupem vyhodnocovacího zařízení.
Dosavadní stav techniky
Měření teploty pohybujících se předmětů vyžaduje obvykle použití bezkontaktních měřicích přístrojů. Jedná se zvláště o měření v papírenské a textilní výrobě, bez kterého by nebylo možno výrobní postupy z hlediska jejich řízení realizovat.
Jako bezkontaktní měřicí přístroje se nejčastěji používají radiační teploměry neboli pyrometry, jejichž předností je především možnost umístit je v konstrukčně dostatečné vzdálenosti od měřeného objektu.
Teploty naměřené radiačními teploměry, založenými na snímání infračerveného záření vystupujícího z objektu, jsou bohužel silně závislé na emisních vlastnostech, to znamená na vyzařovací schopnosti nebo také stupni černosti měřeného objektu.
Tento problém částečně řeší použití vícepásmových pyrometrů, které rozdělují záření měřeného objektu optickými filtry na pásma s rozdílnou vlnovou délkou, přičemž soubor signálů těchto pásem je snímán souborem detektorů a soubor nezávislých signálů těchto detektorů umožňuje vyloučit vlivy emisivity měřeného objektu.
• 9 ···»
9 · • · 9999 ·
Emisivitu měřeného objektu lze zjišťovat pomocí laseru porovnáváním vysílaného záření se zářením odraženým od měřeného předmětu.
Praktickému využití těchto způsobů měření však brání jejich vysoká cena. Ve spisu CZ 281821 je uveden způsob bezkontaktního měření povrchové teploty objektů na principu snímání infračerveného záření vystupujícího z měřeného objektu pomocí nejméně dvou detektorů infračerveného záření, které se udržují na rozdílných středních teplotách, čímž se získají odlišné a nezávislé výstupní signály těchto detektorů pro stanovení povrchové teploty a/nebo emisivity měřeného objektu. Praktické používání pyrometrů tohoto typu však ukázalo, že měření teplot tímto způsobem má jistá omezení z hlediska dosažitelné přesnosti, neboť je ovlivňováno mimo jiné přenosem infračerveného záření mezi detektory infračerveného záření a elementy souvisejících optických systémů.
Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň zmírnit nedostatky současného stavu techniky.
Podstata vynálezu
Nedostatky stávajících způsobů bezkontaktního měření povrchových teplot objektů na principu snímání infračerveného záření pomocí alespoň dvou detektorů infračerveného záření, které jsou udržovány na rozdílných středních teplotách, odstraňuje způsob měření podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každý z detektorů infračerveného záření je součástí samostatné optické cesty (systému), jejíž všechny části se přiváděním nebo odváděním tepla udržují na teplotě shodné se střední teplotou příslušného detektoru, jemuž jsou přiřazeny, čímž se získají odlišné a na sobě nezávislé výstupní signály těchto detektorů pro stanovení povrchové teploty a/nebo emisivity měřeného objektu.
Přitom je výhodné, je-li rozdíl středních teplot alespoň 30° C.
Podstata zařízení k provádění způsobu měření, které obsahuje alespoň dva detektory infračerveného záření, jejichž výstupy jsou přes prostředky pro úpravu signálu propojeny se vstupem vyhodnocovacího zařízení, spočívá vtom, že každý detektor je uložen v samostatném tělese společně alespoň s jedním ······ · · · · · · ·· · ···· ··· : . :P3$WQCZ • · ··· ··· ····· ·· ··· · · · optickým prostředkem a topným nebo chladícím prostředkem, který je spřažen s regulátorem teploty.
Velmi přesných výsledků měření se tímto způsobem a zařízením dosahuje vzhledem k tomu, že nedochází ke zkreslování měření v důsledku parazitních signálů, které by přijímal detektor vlivem sdílení tepla v případě rozdílných teplot mezi ním, čočkou a ostatními částmi optické cesty.
Přehled obrázků na výkrese
Příklad provedení zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů podle vynálezu je schématicky znázorněn na výkrese.
Příklady provedení vynálezu
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty To nebo emisivity ε objektů podle vynálezu se provádí na zařízení, které obsahuje alespoň dva detektory 13, 23 infračerveného záření, přičemž každý z detektorů 13, 23 je uložen v samostatném tělese 1, 2. V každém tělese 1, 2 je uložen alespoň jeden optický prostředek 12, 22, který je ve znázorněném provedení tvořen čočkou, a topné nebo chladící prostředky 14, 24 spřažené s regulátorem 3 teploty, umístěným ve znázorněném provedení mimo tělesa 1, 2. Zařízení dále obsahuje prostředky 4, 5 pro úpravu signálu detektorů 13, 23 a vyhodnocovací zařízení 6. Prostředky 4, 5 pro úpravu signálu jsou ve znázorněném provedení tvořeny zesilovači. Optické prostředky 12, 22 mohou být tvořeny vhodnými známými optickými členy, odpovídajícími požadavkům soustřeďování infračerveného záření vyzařovaného měřeným objektem na citlivou část příslušného detektoru 13, 23. Vnitřní prostor tělesa 1 nebo 2 tvoří spolu s prostředky, které jsou v něm umístěny před příslušným detektorem 13 nebo 23 optickou cestu, která je pro každý z detektorů 13, 23 samostatná.
Vnitřní prostory těles 1, 2 se prostřednictvím topných nebo chladících prostředků 14, 24 udržují na rozdílných teplotách Τι, T2, přičemž všechny části umístěné v jednom tělese mají stejnou teplotu shodnou se střední teplotou • · · · · · · ··· : . :P334<5QCZ • · · · · ··· • · · · * · · · · · · · · příslušného detektoru 13, 23 a mezi částmi jednoho tělesa i nebo 2, které tvoří samostatnou optickou cestu, nedochází k nežádoucímu sdílení tepla a ovlivňování detektorů · 13, 23 parazitním signálem v průběhu měření teploty To objektu 7. Tento předpoklad je nutnou podmínkou, za které s dostatečnou přesností platí Stefan-Boltzmannův vztah o závislosti hodnoty signálu infračerveného záření detektoru na rozdílu čtvrtých mocnin absolutních teplot objektu a detektoru. Nutno ovšem dodat, že optická propustnost požitých čoček nemusí být stejná pro všechny vlnové délky infračerveného záření. Použití čoček nebo zrcadel s propustností omezenou na jisté vlnové délky vede ke změně mocniny ve Stefan-Boltzmanově vztahu pro výpočet energie přenášeného záření.
Infračervené záření vysílané měřeným objektem 7 vstupuje do těles 1, 2, v nichž je optickými prostředky 12, 22 soustředěno na detektory 13, 23 infračerveného záření. Výstupy detektorů 13, 23 jsou připojeny k prostředkům 4, 5 pro úpravu signálu, které mohou mít i jiné funkce. Na výstupech prostředků 4, 5, které jsou ve znázorněném provedení tvořeny lineárními zesilovači, jsou potom k dispozici zesílené signály Ui, Ug detektorů 13, 23 infračerveného záření.
Protože detektory 13, 23 jsou umístěny v prostorách těles 1, 2 a jsou tedy udržovány topnými nebo chladícími prostředky 14, 24 na různých teplotách Τι, T2, prostředky 4, 5 pro úpravu signálů dostávají dva odlišné a nezávislé signály, které jsou přiváděny do vyhodnocovacího zařízení 6. Přitom na teplotě Ti jsou udržovány všechny části optické cesty přiřazené detektoru 13 a na teplotě Tg jsou udržovány všechny části optické cesty přiřazené detektoru 23. Pro dosažení vyšší stabilizace výsledků měření je výhodné, je-li na příslušné teplotě_Ti, T2 udržována také alespoň vnitřní část stěny tělesa 1, 2 nebo celá tělesa. V důsledku toho nejsou detektory 13, 23 ovlivňovány sdílením tepla mezi ostatními částmi jim přiřazené optické cesty a zesílené signály Ui a Ug nejsou zkresleny okolím detektorů 13, 23. Ve vyhodnocovacím zařízení 6 jsou oba zesílené signály Ui, Ug, lišící se například amplitudou, dosazeny do konečného vztahu pro stanovení teplot objektů, který udává výslednou teplotu To objektu 7 nezávislou na emisivitě ε objektu 7 a absorpci infračerveného záření v atmosféře mezi objektem 7 a tělesy 1, 2 pyrometru.
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů se tedy provádí tak, že střední teplota Ti prvního detektoru 13 infračerveného • · ·
P334QQCZ • · záření a všech částí jemu přiřazené optické cesty se pomocí topného nebo chladícího prostředku 14 a regulátoru 3 udržuje na jiné úrovni, než střední teplota T2 druhého detektoru 23 infračerveného záření a všech částí jemu přiřazené optické cesty, která je udržována prostřednictvím topného nebo chladícího prostředku 24 a regulátoru 3. U jiného příkladu provedení mohou být použity pro detektory 13, 23 samostatně dva regulátory teploty, nebo mohou být jiným známým způsobem upraveny topné nebo chladící prostředky 14, 24 pro udržování teploty vnitřních prostorů těles 1, 2.
V důsledku odlišnosti teplot Τι, T2 vzniknou na detektorech 13, 23 dva dostatečně odlišné a na sobě nezávislé výstupní signály, které se na prostředcích 4, 5 zesílí na signály Ui, U2. To umožňuje určit teplotu To i emisivitu ε objektu 7, přičemž je vyloučen vliv emisivity, absorpce infračerveného záření z objektu 7 a vzájemného sdílení tepla mezi součástmi příslušné optické cesty na vztah pro výpočet teploty _To měřeného objektu 7.
Základem metody je skutečnost, že signál každého detektoru infračerveného záření je úměrný rozdílu čtvrtých mocnin absolutní teploty To objektu 7 a absolutních teplot Τι, T2 detektorů 13, 23 dle Stefan-Boltzmanova vztahu (jak již bylo uvedeno, skutečné podmínky někdy mění stupeň mocniny).
Pro zesílený signál Ui za prostředkem 4 pro úpravu signálu prvního detektoru 13 o teplotě Ti tedy platí:
U, = C ( To4 - T, ) (1), kde konstanta C zahrnuje emisní schopnost měřeného objektu 7, absorpční schopnost detektoru 13, vliv vzájemného geometrického uspořádání objektu 7 a pyrometru, vliv absorpce záření mezi objektem 7 a pyrometrem a elektrické zesílení přístroje.
Pro stejný rozsah vlnových délek přijímaného záření platí i rovnice pro zesílený signál U2 za prostředkem 5 pro úpravu signálu druhého detektoru 23 o teplotě T2:
U2 = C(T0 4-T2 4) (2), která se od rovnice (1) liší jen jinou teplotou T2 druhého detektoru 23.
Z řešení obou rovnic vyplyne :
• ·
PS3400CZ • · u,-il (3)
V této výsledné rovnici již chybí závislost měřené teploty To na jakémkoliv parametru, který by neznámým nebo nekontrolovatelným způsobem ovlivňoval výsledek měření.
Z technických a konstrukčních důvodů je výhodné, aby se teploty Τι, T2 obou detektorů 13. 23 lišily co nejméně. Tím však vzrůstá vliv nepřesnosti měření těchto teplot a šumu na přesnost určení výsledné teploty To.
Dosadíme-li do rovnice (3) všechny krajní hodnoty příslušných teplot a jim odpovídající výstupní signály, pak při znalosti přibližné hodnoty konstanty C (stanovené teoreticky) snadno stanovíme maximální teplotní rozdíl (Ti - T2) potřebný pro dosažení požadované přesností měření. Pro střední teplotní oblast do 250° C, která odpovídá technologiím zpracování textilu, papíru a plastů, se doporučuje teplotní rozdíl nejméně 30° C.
Hledanou teplotu To objektu 7 může s výhodou počítat v zásadě podle vztahu (3) mikropočítač zabudovaný v pyrometru. Vztah (3) může být na základě konkrétní kalibrační křivky modifikován.
Výhodou bezkontaktního měření způsobem podle vynálezu je možnost přesného měření v případech, kdy se emisivita ε objektů při jejich tepelném zpracování mění, nebo je obtížně měřitelná, například u pohybujících se objektů.
Způsob bezkontaktního měření podle vynálezu je s výhodou použitelný v průmyslu textilním, papírenském, plastikářském, při tepelném zpracování kovů a podobně. Metoda je výhodná i pro samostatné měření emisivity ε objektů ve výše uvedených případech.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY . .ϊ - 4%^ : *: . jp&woocz1. Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů na principu snímání infračerveného záření vystupujícího z měřeného5 objektu pomocí alespoň dvou detektorů infračerveného záření, které jsou udržovány na rozdílných středních teplotách, vyznačující se tím, že každý z detektorů (13,23) infračerveného záření je součástí samostatné optické cesty, jejíž všechny části se přiváděním nebo odváděním tepla udržují na teplotě shodné se střední teplotou (Ti,T2) příslušného detektoru (13,23), jemuž jsou10 přiřazeny, čímž se získají odlišné a na sobě nezávislé výstupní signály těchto detektorů (13,23) pro stanovení povrchové teploty (To) a/nebo emisivity (ε) měřeného objektu.
- 2. Způsob bezkontaktního měření podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozdíl teplot (T-i,T2) různých optických cest přiřazených detektorům (13,23)15 infračerveného záření činí alespoň 30° C.
- 3. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1 nebo 2, obsahující alespoň dva detektory infračerveného záření, jejichž výstupy jsou přes prostředky pro úpravu signálu propojeny se vstupem vyhodnocovacího zařízení, vyznačující se tím, že každý detektor (13,23) je uložen v samostatném tělese (1,2) společně20 alespoň s jedním optickým prostředkem (12,22) a topným nebo chladícím prostředkem (14,24), který je spřažen s regulátorem (3) teploty.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20040137A CZ301240B6 (cs) | 2004-01-27 | 2004-01-27 | Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20040137A CZ301240B6 (cs) | 2004-01-27 | 2004-01-27 | Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2004137A3 true CZ2004137A3 (cs) | 2005-09-14 |
| CZ301240B6 CZ301240B6 (cs) | 2009-12-16 |
Family
ID=34894670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20040137A CZ301240B6 (cs) | 2004-01-27 | 2004-01-27 | Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ301240B6 (cs) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19534440A1 (de) * | 1995-09-16 | 1997-03-20 | Bergmann Hans Wilhelm | Verfahren und Vorrichtung zur schnellen und berührungslosen Temperaturmessung an farbigen Metallen und anderen anorganischen Stoffen |
-
2004
- 2004-01-27 CZ CZ20040137A patent/CZ301240B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ301240B6 (cs) | 2009-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3970848B2 (ja) | 高温の容器の肉厚の測定方法 | |
| US20100103976A1 (en) | Infrared target temperature correction system and method | |
| US3057200A (en) | Pyrometer | |
| Hernandez et al. | Experimental validation of a pyroreflectometric method to determine the true temperature on opaque surface without hampering reflections | |
| Araújo et al. | Monte Carlo uncertainty simulation of surface emissivity at ambient temperature obtained by dual spectral infrared radiometry | |
| EP0623811B1 (en) | Method of contactless measuring the surface temperature and/or emissivity of objects | |
| US5326172A (en) | Multiwavelength pyrometer for gray and non-gray surfaces in the presence of interfering radiation | |
| CZ2004137A3 (cs) | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů a zařízení k provádění způsobu | |
| US5641419A (en) | Method and apparatus for optical temperature control | |
| Levick et al. | A fibre-optic based laser absorption radiation thermometry (LART) instrument for surface temperature measurement | |
| CN109990907B (zh) | 一种目标体的红外参数测定装置及测定方法 | |
| JPH0235322A (ja) | 放射体温計 | |
| JPS6049246B2 (ja) | 赤外線による温度測定方法における測定値補償方法 | |
| Merchant | Infrared temperature measurement theory and application | |
| Bityukov et al. | Contactless measurement of the surface temperature of objects from their infrared radiation | |
| RU2803624C1 (ru) | Устройство для бесконтактного измерения поля температуры по поверхности объекта | |
| RU2597937C1 (ru) | Способ измерения интегральной излучательной способности с помощью прямого лазерного нагрева (варианты) | |
| JPH03287025A (ja) | 物体の温度と放射率および周囲温度の測定方法および装置 | |
| CZ306316B6 (cs) | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů | |
| Sen’kov et al. | Reduction of methodological errors in determining the temperature of metals by two-color pyrometers | |
| Midyk et al. | Methods of measuring and controlling temperature and the possibility of their involvement for the formation of temperature subsystems | |
| Barron | Application design features for non-contact temperature measurement | |
| CN113874690A (zh) | 非接触式温度传感器 | |
| Müller et al. | A Fast Fiber‐optic Two‐color Pyrometer for Temperature Measurements of Metallic Surfaces with Varying Emissivities | |
| Liu et al. | Experimental apparatus for simultaneous measurement of temperature and emissivity at medium-high temperature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130127 |