CZ281821B6 - Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů - Google Patents
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ281821B6 CZ281821B6 CZ93799A CZ79993A CZ281821B6 CZ 281821 B6 CZ281821 B6 CZ 281821B6 CZ 93799 A CZ93799 A CZ 93799A CZ 79993 A CZ79993 A CZ 79993A CZ 281821 B6 CZ281821 B6 CZ 281821B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- emissivity
- temperature
- detectors
- infrared radiation
- surface temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000004616 Pyrometry Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/80—Calibration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0074—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry having separate detection of emissivity
Abstract
Způsob je založen na principu snímání z měřeného objektu (1) vystupujícího infračerveného záření pomocí alespoň dvou detektorů (3, 5) infračerveného záření. Jednotlivé detektory (3, 5) infračerveného záření se přiváděním tepla udržují na rozdílných středních teplotách, čímž se získají odlišné a nezávislé výstupní signály těchto detektorů (3, 5) pro stanovení povrchové teploty (T.sub.o.n.) a/nebo emisivity měřeného objektu (1).
ŕ
Description
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity obj ektů
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů, na principu snímání z měřeného objektu vystupujícího infračerveného zářeni alespoň dvěma detektory infračerveného záření.
Dosavadní stav techniky
Bezkontaktní měření teploty, zejména pohybujících se objektů, je častým požadavkem, např. v průmyslu textilním, papírenském a plastikářském. Bez vyřešení tohoto problému nelze mnohé z těchto procesů řídit, regulovat a optimalizovat.
K řešení uvedeného problému se používají buď bezkontaktní teploměry konvekčni nebo radiační.
První z uvedených jsou levné, musí však být instalovány v blízkosti měřeného objektu, což není vždy možné.
Radiační teploměry neboli pyrometry, založené na snímání infračerveného zářeni vystupujícího z objektu, jsou silně závislé na emisních vlastnostech, to znamená vyzařovací schopnosti nebo také stupni černosti měřeného objektu. Chybu měření navíc zvyšuje absorbce infračerveného záření v prostoru mezi měřeným objektem a pyrometrem, obsahujícím detektor infračerveného záření.
Chyba měření způsobená neznalostí nebo proměnlivostí emisivity objektu a absorbcí infračerveného záření se snižuje při použití tzv. dvou nebo vícepásmového pyrometru. U těchto přístrojů, založených na teorii vícepásmové pyrometrie, se infračervené zářeni vystupující z objektu rozdělí pomoci optických filtrů na pásma o rozdílné vlnové délce, přičemž příslušné detektory udržované na shodné teplotě snímají záření pouze ve zvolených pásmech. Tím vzniká soubor nezávislých signálů, umožňujících za jistých podmínek vyloučit vliv emisivity měřeného objektu ve výsledném vztahu pro výpočet teploty měřeného objektu.
Mezi uvedené podmínky patří zejména předpoklad nezávislosti emisivity měřeného objektu na jeho teplotě, nebo shodný vzrůst spektrální emisivity objektu s teplotou. Podobné také absorbce infračerveného zářeni v atmosféře musí být ve všech měřených pásmech infračerveného spektra shodná.
V praxi jsou tyto požadavky při nižších měřených teplotách téměř nesplnitelné. Proto jsou pásmové pyrometry používány pouze při vyšších teplotách; i zde však v důsledku např. spektrálně závislé oxidace kovů vzniká řada problémů, které se autoři metod vícepásmové pyrometrie snaží řešit použitím až šesti kanálů.
Protože však cena jednoho pásmového infračerveného filtru, založeného na použiti až deseti tenkých polovodivých vrstev, převyšuje cenu celého pyrometru bez filtru, je nasnadě, že již dvoupásmový pyrometr s těmito filtry je až třikrát dražší než běžný pyrometr.
-1CZ 281821 B6
Proto se dnes používají jiné metody, umožňující stanovit emisivitu měřeného objektu jiným způsobem. Mezi nejnovější patří použití laseru, jehož záření je po odrazu od objektu porovnáváno s původním zářením, čímž se získá údaj úměrný emisivité objektu. Tato metoda je však také finančně velmi náročná. Zařízení je rozměrné, vyžaduje složitou instalaci a kvalifikovanou obsluhu. V běžné praxi se proto žádná z uvedených metod zatím nepoužívá, ani není komerčně úspěšná.
Podstata vynálezu
Nevýhody stávajících způsobů bezkontaktního měření povrchové teploty objektů na principu snímáni infračerveného záření vystupuj ící cho z měřeného objektu pomocí nejméně dvou detektorů infračerveného záření jsou odstraněny způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jednotlivé detektory infračerveného záření se přiváděním tepla udržují na rozdílných středních teplotách, čímž se získají odlišné a nezávislé výstupní signály těchto detektorů pro stanovení povrchové teploty a/nebo emisivity měřeného objektu.
Zejména pro střední oblast měřených teplot, tj. do 250 ’C která odpovídá technologiím zpracování textilu, papíru a plastů, je výhodné, je-li rozdíl středních teplot detektorů infračerveného záření alespoň 30 ’C.
Přehled obrázků na výkrese
Příkladné provedení zařízení k provádění způsobu bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů podle vynálezu je k objasnění tohoto způsobu schematicky znázorněno na výkrese.
Příklady provedení vynálezu
Infračervené záření vysílané měřeným objektem 1 je čočkou 2 soustředěno na první detektor 2 infračerveného záření o teplotě Tf. Výstup tohoto prvního detektoru 3 je připojen k prvnímu zesilovači 4, který může mít i jiné funkce. Na výstupu tohoto v podstatě lineárního prvního zesilovače 4 je pak k dispozici zesílený signál Uf prvního detektoru 3 infračerveného záření. Na druhý detektor 5 infračerveného záření o teplotě T2 se infračervené záření přivádí bud kontinuálně pomocí polopropustného zrcadla 6, umístěného mezi čočkou 2 a prvním detektorem 3, jak je znázorněno, nebo diskontinuálně pomocí vibrační nebo rotační clony, která v jedné krajní poloze odráží veškeré záření soustředěné čočkou 2 na druhý detektor 5, v druhé poloze pak toto záření propouští na první detektor 3. Výstup druhého detektoru 5 je připojen ke druhému zesilovači 10,. Na výstupu druhého zesilovače 10 je k dispozici zesílený signál U9 druhého detektoru 5 infračerveného zářeni .
Protože detektory 2 a 5 jsou pomocí regulátoru 7 a topných prostředků 8, 9 umístěných v blízkosti detektorů 3_, 5 udržovány na různých teplotách, dostáváme na zesilovačích 4 a 10 dva odlišné a nezávislé signály, které jsou přiváděny do počítače 11,
-2CZ 281821 B6 s nimž jsou zesilovače propojeny. V počítači 11 jsou potom oba signály, lišící se příkladně amplitudou, dosazeny do konečného vztahu pro stanoveni teplot objektů, který poskytuje výslednou teplotu objektu T, nezávislou na emisivitě objektu a absorbci infračerveného záření v atmosféře mezi objektem 1 a čočkou 2 pyrometru .
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů se tedy provádí tak, že střední teplota T-j_ prvního detektoru 3. infračerveného záření se pomocí topného prostředku 8. a regulátoru 10 udržuje na jiné úrovni než střední teplota T2 druhého detektoru 5 infračerveného záření, která se udržuje pomoci topného prostředku 9 a regulátoru 10. U jiného přikladu provedení mohou být užity dva regulátory teploty, pro každý z detektorů 3, 5 jeden, nebo mohou být jiným známým způsobem upraveny topné prostředky 8, 9 pro ohřívání detektorů 3., 5 infračerveným zářením.
V důsledku odlišnosti teplot T-j., T2 vzniknou na detektorech 3, 5 dva dostatečně odlišné a nezávislé výstupní signály z těchto detektorů 3, 5, umožňující výpočet teploty i emisivity objektu, a tím i vyloučení vlivu emisivity objektu a absorpce infračerveného záření z objektu z výsledného vztahu pro výpočet teploty měřeného objektu.
Základem metody je skutečnost, že signál každého infračerveného záření detektoru je úměrný rozdílu čtvrtých mocnin absolutních teplot objektu Τθ a teplot detektoru dle Stefan-Boltzmannova vztahu (skutečné podmínky někdy stupeň mocniny snižují).
Pro signál U-j. prvního detektoru 3. o teplotě T-j_ tedy platí:
C ( Τθ4 - T-l4 (1)
Konstanta C zde zahrnuje emisní schopnost měřeného objektu, absorbční schopnost detektoru, vliv vzájemného geometrického uspořádáni objektu a pyrometru, vliv absorbce záření mezi objektem a pyrometrem a elektrické zesílení přístroje. Pro stejný rozsah vlnových délek přijímaného záření platí i rovnice pro signál U2 druhého detektoru 5 o teplotě T2:
U2 = C ( Τθ4 - T2 4) která se od rovnice (1) liší jen jinou teplotou T2 druhého detektoru 5.
Z řešeni obou rovnic vyplyne
(3)
-3CZ 281821 B6
V této výsledné rovnici již chybí závislost měřené teploty Τθ na jakémkoliv parametru, který by neznámým nebo nekontrolovatelným způsobem způsoboval chybu měření.
Z technických a konstrukčních důvodů je výhodné, aby se teploty Tlz T?2 obou detektorů 3, 5 lišily co nejméně. Tím však vzrůstá vliv nepřesnosti měření těchto teplot a šumu na přesnost určení výsledné teploty Τθ.
Dosadíme-li do rovnice (3) všechny krajní hodnoty příslušných teplot a jim odpovídající signály U, pak při znalosti přibližné hodnoty C (stanovené teoreticky) snadno stanovíme minimální potřebný teplotní rozdíl T·^ - T2, potřebný pro dosažení potřebné přesnosti měření. Pro střední teplotní oblast do 250 °C, která odpovídá technologiím zpracování textilu, papíru a plastů, se doporučuje teplotní rozdíl nejméně 30 ’C.
Nezávislé signály U-j_, U2 z obou detektorů 3, 5 se pak, podle typu konstrukce zařízeni k realizaci způsobu podle vynálezu, mohou příkladně vyskytovat současné nebo se mohou vzájemně střídat. Hledanou teplotu Τθ objektu pak s výhodou může počítat mikropočítač zabudovaný v pyrometru, a to v zásadě podle vztahu (3), který však na základě konkrétní kalibrační křivky může být modifikován.
Oblast použití
Způsob bezkontaktního měření dle vynálezu je s výhodou použitelný při bezkontaktním měření nízkých a středních teplot objektů, zejména v průmyslu textilním, papírenském, plastikářském, při tepelném zpracování neželezných kovů a pod.
Hlavní výhodou je možnost přesného měření teploty těchto objektů v případě, kdy se emisivita objektů při jejich tepelném zpracování mění, nebo kdy se určuje obtížně, jako např. při měření teploty pohybujících se objektů.
Metoda dle vynálezu je použitelná i k samostatnému měřeni emisivity objektů ve výše zmíněných případech.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (2)
1. Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů na principu snímání z měřeného objektu vystupujícího infračerveného zářeni pomocí alespoň dvou detektorů infračerveného záření, vyznačující se tím, že jednotlivé detektory (3, 5) infračerveného záření se přiváděním tepla udržují na rozdílných středních teplotách (Tp T2), čímž se získají odlišné a nezávislé výstupní signály (!}]_, U2) těchto detektorů pro stanovení povrchové teploty (Τθ) a/nebo emisivity měřeného objektu (1).
-4CZ 281821 B6
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující že rozdíl středních teplot (1^, T2) detektorů (3 veného záření činí alespoň 30 ’C.
se tím,
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ93799A CZ281821B6 (cs) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů |
| EP94106880A EP0623811B1 (en) | 1993-05-03 | 1994-05-03 | Method of contactless measuring the surface temperature and/or emissivity of objects |
| DE69407656T DE69407656T2 (de) | 1993-05-03 | 1994-05-03 | Verfahren zum kontaktlosen Messen der Oberflächentemperatur oder des Emissionsvermögens von Objekten |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ93799A CZ281821B6 (cs) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ79993A3 CZ79993A3 (en) | 1994-11-16 |
| CZ281821B6 true CZ281821B6 (cs) | 1997-02-12 |
Family
ID=5462281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ93799A CZ281821B6 (cs) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0623811B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ281821B6 (cs) |
| DE (1) | DE69407656T2 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ306316B6 (cs) * | 2012-03-13 | 2016-11-30 | Západočeská Univerzita V Plzni | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2348397A (en) * | 1998-12-10 | 2000-10-04 | Printing Tech Equipment Limite | Lithographic plate production |
| DE19940463A1 (de) * | 1999-08-26 | 2001-03-01 | Ruetgers Automotive Ag | Verfahren zum Bestimmen eines Abbilds einer Temperaturverteilung auf einer Reiboberfläche |
| IL147738A0 (en) * | 2002-01-21 | 2002-08-14 | R S M D Ltd | A method and apparatus for the diagnosis of unhealthy cells in live tissues, based on spectral analysis of their optical radiation |
| JP5314260B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2013-10-16 | 株式会社豊田中央研究所 | 検出システム、被検出物推定システム、障害物推定システム、安全運転システムおよび物理量検出方法 |
| US9976908B2 (en) | 2013-07-02 | 2018-05-22 | Exergen Corporation | Device for temperature measurements of surfaces with a low unknown and/or variable emissivity |
| US10054495B2 (en) * | 2013-07-02 | 2018-08-21 | Exergen Corporation | Infrared contrasting color temperature measurement system |
| JP6485953B2 (ja) * | 2015-03-24 | 2019-03-20 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | 赤外線放射率測定装置および赤外線放射率測定方法 |
| CN114061762B (zh) * | 2021-12-14 | 2024-04-05 | 合肥航谱时代科技有限公司 | 一种微小温差识别的红外探测器 |
| CN114441045B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-07-04 | 电子科技大学 | 一种准确测量辐射温度的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3806173A1 (de) * | 1988-02-26 | 1989-09-07 | Heimann Gmbh | Pyrometrische messvorrichtung |
| JP2826337B2 (ja) * | 1988-04-12 | 1998-11-18 | シチズン時計株式会社 | 放射体温計 |
| DE4135112A1 (de) * | 1991-10-24 | 1993-04-29 | Soelter Hans Joachim Dipl Phys | Pyrometer, insbesondere hochgeschwindigkeitspyrometer, und verfahren zu dessen anwendung |
-
1993
- 1993-05-03 CZ CZ93799A patent/CZ281821B6/cs not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-05-03 DE DE69407656T patent/DE69407656T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-05-03 EP EP94106880A patent/EP0623811B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ306316B6 (cs) * | 2012-03-13 | 2016-11-30 | Západočeská Univerzita V Plzni | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69407656T2 (de) | 1998-08-13 |
| EP0623811A1 (en) | 1994-11-09 |
| CZ79993A3 (en) | 1994-11-16 |
| EP0623811B1 (en) | 1998-01-07 |
| DE69407656D1 (de) | 1998-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5823681A (en) | Multipoint temperature monitoring apparatus for semiconductor wafers during processing | |
| US3777568A (en) | D. c. electronic apparatus for ir radiation temperature measurement | |
| US4172383A (en) | Method and an apparatus for simultaneous measurement of both temperature and emissivity of a heated material | |
| US3057200A (en) | Pyrometer | |
| US2837917A (en) | Radiation systems for measuring temperature | |
| CZ281821B6 (cs) | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů | |
| US3715923A (en) | Temperature measuring method and apparatus | |
| GB1401778A (en) | Method for measuring the surface temperature of a metal object | |
| US5326172A (en) | Multiwavelength pyrometer for gray and non-gray surfaces in the presence of interfering radiation | |
| US5690429A (en) | Method and apparatus for emissivity independent self-calibrating of a multiwavelength pyrometer | |
| RU2083961C1 (ru) | Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности | |
| CZ301240B6 (cs) | Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu | |
| US11474029B2 (en) | Spectrophotometer | |
| Dubas | Noncontact thermal pyrometry for condensed materials | |
| JPH07107499B2 (ja) | 連続測色装置 | |
| JPH0684912B2 (ja) | 温度計 | |
| IL110549A (en) | Multipoint temperature monitoring apparatus for semiconductor wafers during processing | |
| EP0651235B1 (en) | A method for evaluating the channel signals of a multichannel pyrometer | |
| 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 | |
| JPH06137953A (ja) | 赤外線センサによる温度測定方法及び装置並びに放射率測定方法及び装置 | |
| Mazikowski et al. | Experimental verification of a multiband system for non-contact temperature measurements | |
| WO2008139321A1 (en) | Infrared radiometer | |
| WO1994016298A1 (en) | Two color line scanning pyrometer | |
| JPS63305227A (ja) | 放射温度計 | |
| Mazikowski | Verification of multiband system for noncontact emissivity measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| IF00 | In force as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20030503 |