CZ301240B6 - Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu - Google Patents
Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ301240B6 CZ301240B6 CZ20040137A CZ2004137A CZ301240B6 CZ 301240 B6 CZ301240 B6 CZ 301240B6 CZ 20040137 A CZ20040137 A CZ 20040137A CZ 2004137 A CZ2004137 A CZ 2004137A CZ 301240 B6 CZ301240 B6 CZ 301240B6
- 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 18
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 19
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission 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
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 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
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty (T.sub.0.n.) a/nebo emisivity (.epsilon.) objektu na principu snímání infracerveného zárení vystupujícího z mereného objektu (7) pomocí alespon dvou detektoru (13, 23) infracerveného zárení, které jsou udržovány na rozdílných stredních teplotách (T.sub.1.n., T.sub.2.n.), pricemž každý z detektoru (13, 23) infracerveného zárení je soucástí samostatné optické cesty, jejíž všechny cásti se privádením nebo odvádením tepla udržují na teplote shodné se strední teplotou (T.sub.1.n., T.sub.2.n.) príslušného detektoru (13, 23), jemuž jsou prirazeny, címž se získají odlišné a na sobe nezávislé výstupní signály techto detektoru (13, 23) pro stanovení povrchové teploty (T.sub.0.n.) a/nebo emisivity (.epsilon.) mereného objektu (7). Pritom je výhodné, když rozdíl teplot (T.sub.1.n., T.sub.2.n.) ciní alespon 30 .degree.C. Zarízení k provádení tohoto zpusobu obsahuje alespon dva detektory (13, 23) infracerveného zárení, jejichž výstupy jsou pres prostredky (4, 5) pro úpravu signálu propojeny se vstupem vyhodnocovacího zarízení (6), pricemž každý detektor (13, 23) je uložen v samostatném telese (1, 2) spolecne alespon jedním optickým prostredkem (12, 22) a topným nebo chladicím prostredkem (14, 24), který je spražen s regulátorem (3) teploty.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů na principu snímání infračerveného zářeni vystupujícího z měřeného objektu pomocí alespoň dvou detektorů infračerveného záření, kteréjsou 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.
Emisivítu měřeného objektu lze zjišťovat pomocí laseru porovnáváním vysílaného záření se zářením odražených 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
-1CZ 301240 B6 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 přirazeny, 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.
ío 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 v tom, že každý detektor je uložen v samostatném tělese společně alespoň sjedním optickým prostředkem a topným nebo chladicím prostředkem, kterýje 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 obrázku 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 i, 2 je uložen alespoň jeden optický prostředek 12, 22, který je ve znázorněném provedení tvořen čočkou, a topné nebo chladicí 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 detektorů Γ3, 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 H nebo 23 optickou cestu, kteráje pro každý z detektorů 13.23 samostatná.
Vnitřní prostory těles 1, 2 se prostřednictvím topných nebo chladicích prostředků 14, 24 udržují na rozdílných teplotách Ti? Tj, přičemž všechny části umístěné vjednom tělese mají stejnou teplotu shodnou se střední teplotou příslušného detektoru 13, 23 a mezi částmi jednoho tělesa 1 nebo 2, které tvoří samostatnou optickou cestu, nedochází k nežádoucímu sdílení tepla a ovlivňování detektorů 13, 23 parazitním signálem v průběhu měření teploty T2 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 absolut50 nich teplot objektu a detektoru. Nutno ovšem dodat, že optická propustnost použitých 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.
-2GL JU1Z4U tíO
Infračervené záření vysílané měřeným objektem 7 vstupuje do těles I, 2, v nichž je optickými prostředky 12, 22 soustředěno na detektory 13, 23 infračerveného záření. Výstupy detektorů 13, 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 zesilova5 či, jsou potom k dispozici zesílené signály Uj., detektorů 13,23 infračerveného záření.
Protože detektory 13, 23 jsou umístěny v prostorách těles i, 2 a jsou tedy udržovány topnými nebo chladicími prostředky 14,24 na různých teplotách Tb Tj, prostředky 4, 5 pro úpravu signálů dostávají dva odlišné a nezávislé signály, které jsou přiváděny do vyhodnocovacího zařízení 6. io Přitom na teplotě Tx jsou udržovány všechny Částí optické cesty přiřazené detektoru 13 a na teplotě ϋ jsou udržovány všechny části optické cesty přiřazené detektoru 23. Pro dosažení vyšší stabilizace výsledků měření je výhodné, je-li na příslušné teplotě Th Tj 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 a ia nejsou zkresleny okolím detektorů 13, 23. Ve vyhodnocovacím zařízení 6 jsou oba zesílené signály Uj, U2, lišící se například amplitudou, dosazeny do konečného vztahu pro stanovení teplot objektů, který udává výslednou teplotu TQ objektu 7 nezávislou na emisivitě ε objektu 7 a absorpci infračerveného záření v atmosféře mezi objektem 7 a tělesy i, 2 pyrometru.
Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů se tedy provádí tak, že střední teplota Ti prvního detektoru 13 infračerveného záření a všech částí jemu přiřazené optické cesty se pomocí topného nebo chladicího prostředku .14 a regulátoru 3 udržuje na jiné úrovni, než střední teplota T2 druhého detektoru 23 infračerveného záření a všech částí jemu přirazené optické cesty, která je udržována prostřednictvím topného nebo chladicího 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 chladicí prostředky 14,24 pro udržování teploty vnitřních prostorů těles 1,2.
V důsledku odlišnosti teplot TL T^ vzniknou na detektorech 13, 23 dva dostatečně odlišné a na sobě nezávislé výstupní signály, které se na prostředcích 4, 5 zesílí na signály U2. To umožňuje určit teplotu TQ 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 Τχ, detektorů 13, 23 dle Stefan-Boltzmannova vztahu (jak již bylo uvedeno, skutečné podmínky někdy mění stupeň mocniny).
Pro zesílený signál za prostředkem 4 pro úpravu signálu prvního detektoru 13 o teplotě Τχ tedy platí:
U^Cfťo-T1,) (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 í rovnice pro zesílený signál za prostředkem 5 pro úpravu signálu druhého detektoru 23 o teplotě T^:
Ui^CCrG-rj (2), která se od rovnice (1) liší jen jinou teplotou I2 druhého detektoru 23.
-3CZ 301240 B6
Z řešení obou rovnic vyplyne:
T„=iT,+U,
t)-t) ut-u2 (3)
V této výsledné rovnici již chybí závislost měřené teploty TQ na jakémkoliv parametru, který by neznámým nebo nekontrolovatelným způsobem ovlivňoval výsledek měření.
Z technických a konstrukčních důvodů je výhodné, aby se teploty Ti5 T2 obou detektorů 13, 23 lišily co nejméně. Tím však vzrůstá vliv nepřesnosti měření těchto teplot a šumu na přesnost určení výsledné teploty Iq.
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 (ΤΣ - T2) potřebný pro dosažení požadované přesnosti měření.
Prostřední teplotní oblast do 250 °C, které 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 modifiko20 ván.
Výhodou bezkontaktního měření způsobem podle vynálezu je možnost přesného měření v případech, kdy se emisivita ε objektů při jejich tepelném zpracování mění, neboje 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 (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY35 1. Způsob 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, 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 shodné40 se střední teplotou (Th T2) příslušného detektoru (13, 23), jemuž jsou 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 tep45 lot (Ti, T2) různých optických cest přiřazených detektorům (13, 23) infračerveného záření činí alespoň 30 °C.-4CZ JU124U Bt>
- 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
- 5 v samostatném tělese (1,2) společně alespoň s jedním optickým prostředkem (12, 22) a topným nebo chladicím 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 CZ2004137A3 (cs) | 2005-09-14 |
| CZ301240B6 true 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) |
Citations (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
Patent Citations (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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2004137A3 (cs) | 2005-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hijazi et al. | A calibrated dual-wavelength infrared thermometry approach with non-greybody compensation for machining temperature measurements | |
| US20100103976A1 (en) | Infrared target temperature correction system and method | |
| CZ301960B6 (cs) | Zpusob merení tlouštky steny mezi povrchy sklenených výrobku tvárených za tepla a zarízení pro merení tlouštky steny tvárených dutých sklenených výrobku | |
| JP2015107908A (ja) | コンテナの熱イメージングと組み合わせての壁厚測定の使用 | |
| Hagqvist et al. | Emissivity compensated spectral pyrometry for varying emissivity metallic measurands | |
| Soler et al. | Uncertainty of temperature measurements in dry orthogonal cutting of titanium alloys | |
| CZ281821B6 (cs) | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů | |
| US5326172A (en) | Multiwavelength pyrometer for gray and non-gray surfaces in the presence of interfering radiation | |
| CZ301240B6 (cs) | Zpusob bezkontaktního merení povrchové teploty a/nebo emisivity objektu a zarízení k provádení zpusobu | |
| 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 | |
| Becker et al. | In-situ monitoring of the Laser Powder Bed Fusion build process via bi-chromatic optical tomography | |
| US5641419A (en) | Method and apparatus for optical temperature control | |
| CN109990907B (zh) | 一种目标体的红外参数测定装置及测定方法 | |
| JP2007183207A (ja) | 放射温度センサおよび放射温度計測装置 | |
| Fu et al. | The theoretical prediction analyses of the measurement range for multi-band pyrometry | |
| Bielecki et al. | Infrared pyrometer for temperature measurement of objects of both wavelength-and time-dependent emissivity | |
| Claggett et al. | Radiation and infrared pyrometers | |
| Hosseini et al. | A Methodology for temperature correction when using two-color pyrometers-compensation for surface topography and material | |
| Bauer et al. | Device for spectral emissivity measurements of ceramics using a FT-IR spectrometer | |
| 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 | |
| Sen’kov et al. | Reduction of methodological errors in determining the temperature of metals by two-color pyrometers | |
| CZ306316B6 (cs) | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů | |
| Midyk et al. | Methods of measuring and controlling temperature and the possibility of their involvement for the formation of temperature subsystems | |
| SU1101687A1 (ru) | Устройство дл измерени температуры нагрева вращающихс деталей при механической обработке | |
| JPH02138836A (ja) | 放射測温装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130127 |