EA001536B1 - Способ определения действительной температуры реального тела - Google Patents
Способ определения действительной температуры реального тела Download PDFInfo
- Publication number
- EA001536B1 EA001536B1 EA199800981A EA199800981A EA001536B1 EA 001536 B1 EA001536 B1 EA 001536B1 EA 199800981 A EA199800981 A EA 199800981A EA 199800981 A EA199800981 A EA 199800981A EA 001536 B1 EA001536 B1 EA 001536B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- radiation
- temperature
- actual temperature
- wavelength
- formula
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Способ определения действительной температуры реального тела путем измерения неселективным приемником спектральной интенсивности и длин волн теплового излучения, причем в процессе измерения регистрируют величины длины волны излучения λ, λ, соответствующие точкам перегиба зависимости спектральной интенсивности излучения от длины волны излученияIλT = f(λ, T),или величины длины волны, соответствующие одной из точек перегиба (λ), и λ, соответствующую максимуму зависимости IλT = f(λ,T), а абсолютную действительную температуру реального тела Т определяют по соответствующим формулам в зависимости от λ, λи λ
Description
Данное изобретение относится к области температурных измерений, в частности, к измерению действительной температуры реального тела бесконтактным способом по интенсивности теплового излучения от его поверхности.
Известен способ определения температуры тела по его тепловому излучению путем измерения полного потока излучения с помощью приемника излучения, предварительно градуированного по модели абсолютно черного тела с известной температурой [1].
Недостатком этого способа является необходимость индивидуальной градуировки приемника. Кроме того, при измерении температуры реальных физических тел, ввиду их меньшей излучательной способности по сравнению с абсолютно черным телом, пирометры дают заниженные показания, соответствующие некоторой условной температуре, называемой радиационной температурой тела, которая при малых значениях излучательной способности может отличаться от истинной на несколько сотен градусов. Истинная температура вычисляется при этом по формуле т = где тр - радиационная температура, ετ - значение излучательной способности тела при измеряемой температуре.
Если излучательная способность исследуемого тела неизвестна, то сколько-нибудь точное измерение его температуры оказывается невозможным.
Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ определения действительной температуры реального тела путем измерения неселективным приемником спектральной интенсивности и длин волн теплового излучения, называемый методом пирометрии спектрального отношения [2]. В рамках способа измеряется цветовая температура, являющаяся температурой абсолютно черного тела, которое для длин волн λ1 и λ2 обладает таким же отношением монохроматических яркостей, что и исследуемое тело. При этом действительную температуру вычисляют по формуле
1/Т - 1/Тс = 1η(ελιΤ/ελ2Τ)/θ2(1/λι-1/λ2), где Тс - цветовая температура тела, λ1 и λ2 длины волн, при которых измеряется монохроматическая яркость, ελ1Τ, ελ2Τ - соответствующие этим длинам волн значения излучательной способности при температуре Т.
Этот способ имеет следующие недостатки. Пирометр спектрального отношения, как и пирометр полного излучения, должен градуироваться по модели абсолютно черного тела. У реального тела излучательные способности ελ1Τ, ελ2Τ для длин волн λ1 и λ2 могут различаться, следовательно, отношение монохроматических яркостей для этого тела может отличаться от аналогичного отношения для абсо лютно черного тела при той же температуре и реальная температура будет отличаться от измеренной. Равенство этих температур имеет место только для так называемых серых тел, когда монохроматические излучательные способности ελ1Τ, ελ2Τ равны.
Данное изобретение позволяет устранить эти недостатки. Это достигается тем, что в способе определения действительной температуры реального тела путем измерения неселективным приемником спектральной интенсивности и длин волн теплового излучения, в процессе измерения регистрируют величины длины волны излучения λι, λ2, соответствующие точкам перегиба зависимости спектральной интенсивности излучения от длины волны излучения ΙλΤ = Γ(λ,Τ) или величины длины волны, соответствующие одной из точек перегиба (λΕ2) и λ^, соответствующую максимуму зависимости ΙλΤ=Γ(λΤ), причем в первом случае абсолютную действительную температуру реального тела Т определяют по формуле
Т = Ο2(λ2-λι)2/2λι·λ2(λι+λ2), где С2=1,4388Т04 [мкм К] - вторая постоянная излучения, а во втором - по формуле Т = С2(^тах - λ1,2)2/λ1,2·λ™3χ (2Атах - λ1,2).
Ниже приведены примеры осуществления данного изобретения.
Пример 1 .
В рамках данного примера в процессе измерения интенсивности излучения с поверхности исследуемого тела неселективным приемником регистрируют величины длины волны излучения λι, λ2, соответствующие точкам перегиба зависимости спектральной интенсивности излучения от длины волны излучения ΙλΤ = ГА.Т). Затем абсолютную действительную температуру реального тела Т определяют по формуле
Т = ^-^/2^(^), где С2 =1,4388·104 [мкм К].
Пример 2.
В процессе измерения интенсивности теплового излучения исследуемого тела неселективным приемником регистрируют величины длины волны излучения, соответствующие одной из точек перегиба (λι,2) и λ^, соответствующую максимуму зависимости ΙλΤ = ГА,Т), причем абсолютную действительную температуру реального тела Т определяют по формуле Т = С2(^тах-^4,2)2/^4,2^^тах(2^тах — λ1,2).
Ниже приведено теоретическое обоснование данного способа по приведенным выше примерам.
Спектральное распределение интенсивности излучения любого типа описывается функцией Планка
ΙλΤ = ελΤ·С1λ-5[ехр (САТ)-1]-1 (1), где С1 = 3,7413· 10-16Вт^м2 - первая постоянная излучения;
С2 = 1,4388-104 мкм К - вторая постоянная излучения;
ελΤ - излучательная способность;
λ - длина волны излучения;
Т - температура излучателя.
Эта зависимость характеризуется наличием максимума на длине волны λ^χ и двух точек перегиба, коротковолновой на длине волны λ1 и длинноволновой на длине волны λ2. Для дальнейшего описания сущности данного способа воспользуемся известным приближением Вина ΙλΤ = ελΤ-СЛДехр (<ΑΤ)] (2), погрешность которого до температуры 2500 К менее 0,3% (табл. 1). Значения длин волн указанных выше характерных точек определяется из условий
1'Атах = 0 - для точки максимума;
Ι''λ1 = 0 и Ι''λ2 = 0 - для точек перегиба. Проведя дифференцирование и подставляя значение С2, получим λ^ = 2877,6/Т, λ1 = 1704/Т, λ2 = 4056/Т (3)
Отсюда, зная положение одной из характерных точек, можно найти положение двух других при той же температуре.
Таким образом, для абсолютно черного и серых тел задача измерения действительной температуры сводится к определению положения одной из характерных точек и отпадает необходимость градуировки прибора по модели абсолютно черного тела, что является существенным преимуществом данного способа, так как погрешность градуировки является одной из максимальных составляющих общей погрешности пирометров.
Результаты расчетов при разрешающей способности оптико-акустического фильтра 2 нм для точек перегиба и точки максимума кривой интенсивности излучения Планка (табл. 2) показывают, что чувствительность данного способа в точках перегиба на несколько порядков выше, чем в точке максимума, а также, что чувствительность в точке λ1 выше, чем в точке λ2 (табл. 3).
Оценка погрешности предлагаемого метода с учетом погрешности в определении точек перегиба на основании общей формы записи полученных выше выражений Т = К/λ, после дифференцирования ΔΤ = (К/λ2) Δλ, показывает, что она не превышает 0,11% для точки перегиба λ1 и 0,05% для точки перегиба λ2 (табл. 4).
У реальных физических тел излучательная способность является функцией длины волны и температуры. Обозначая функцию Планка в приближении Вина через ί и опуская индексы в функции, получим
ΙλΤ = εί
Ι'λΤ = εί1 + ίε' (4)
ΙλΤ = ε''ί + 2εΤ + εί
Для характерных точек в результате дифференцирования получаем ε'/ε + С2Ат - 5/λ = 0 - в максимуме, ε''/ε+2ε'/ε(Αλ2Τ-5/λ)+1/λ2[(^/λ2Τ)212С;/ДТ +30] = 0 (5) - в точках перегиба.
Результаты расчетов положения характерных точек для различных сведены в табл. 5.
На основании полученных результатов можем вывести формулы, позволяющие определить действительную температуру реальных физических тел по положению характерных точек λ1 и λ2. Предполагая возможность представления излучательной способности зависимостью ε = Κλη + Κι, что допустимо практически для всех материалов, так как ε является гладкой непрерывной функцией длины волны (3), получаем ε' = Κηλη-1 и ε'' = Κη(η-1)λη-2 (6) и после проведения соответствующих преобразований для действительной температуры Т получаем
Τ = С2 (л/6 - η ± 1)/ λ,ι2(5 - η)(6 - η)1/2 (7), где знак плюс определяет длинноволновую точку перегиба, а знак минус коротковолновую.
Далее из этого выражения может быть найдено значение показателя степени η при λ в зависимости ε = ι<λ на основании знания положения характерных точек λ2 и λ1 η = 6 -[(λ1+λ2)/(λ1-λ2)]2 (8).
Окончательно для определения действительной температуры получаем
Т = [^/2λιλ2 - (λ2-λ1)2/(λ1 + λ2)] или Т = -(/.-,,. - λ - )2 (2/... ,, - λι,2) (9).
Преимущество данного изобретения заключается в возможности измерения действительной температуры реальных тел без знания излучательной способности исследуемого объекта, а также резкое уменьшение погрешности измерений. С целью подтверждения преимуществ способа был проведен машинный эксперимент, который заключался в следующем.
Рассчитывалась спектральная зависимость интенсивности излучения тел с заранее заданной зависимостью излучательной способности от длины волны (шаг по λ составлял 1 нм). Далее ЭВМ находила длину волн, в которых вторая производная интенсивности по длине волны равна 0, после чего по формуле (8) находилось значение η и определялась температура. Полученные результаты сведены в табл. 6, откуда видно, что максимальная погрешность составляет 0,25%, что значительно меньше всех других бесконтактных методов, известных до настоящего времени. При этом необходимо отметить, что данный способ не предусматривает дорогостоящую градуировку приборов по эталонным средствам и их периодическую провер ку, которая проводится, как правило, ежегодно в специально оснащенных для этой цели центрах.
Литература.
1. Температурные измерения. Справочник. Геращенко О.А. и др., Киев,: Наукова думка, 1984, с. 315.
2. Измерение температуры в технике. Справочник. Линевег Ф., М.: Металлургия, 1980, с. 350, 353-358.
3. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник под ред. Шейндлина А.Е., М.: Энергия, 1974.
Таблица 1 Погрешность апроксимации функции Планка с
помощью приближения Вина | |||||
λ,Τ | 2000 | 2500 | 3000 | 3500 | 4000 |
1А,Т)Планк Ι(λ, Т) Вин | 1,0008 | 1,003 | 1,008 | 1,017 | 1,056 |
Таблица 2 Результаты расчетов для точек перегиба и точки максимума функции Планка при температурах 1000, 1500, 2000 К и разрешающей способности фильтра 2 нм
Т= 1000 К | |||||
λυ мкм | V, мВ | ^'тахл мкм | V, мВ | мкм | V, мВ |
1,702 | 873,9 | 2,878 | 2,01330 | 4,053 | 1,57910 |
1,703 | 875,7 | 2,879 | 2,01230 | 4,054 | 1,57858 |
1,704 | 877,5 | 2,880 | 2,01228 | 4,055 | 1,57805 |
1,705 | 879,3 | 2,881 | 2,012274 | 4,056 | 1,57753 |
1,706 | 881,1 | 2,882 | 2,012275 | 4,057 | 1,57670 |
Т=1500 | |||||
λ1, нкм | V, мВ | ^гаах, нкм | V, мВ | нкм | V, мВ |
1,132 | 6,6363 | 1,918 | 15,28060 | 2,718 | 11,9950 |
1,133 | 6,6577 | 1,919 | 15,28070 | 2,719 | 11,9890 |
1,134 | 6,6770 | 1,920 | 15,28080 | 2,720 | 11,9830 |
1,135 | 6,6970 | 1,921 | 15,28070 | 2,721 | 11,9770 |
1,136 | 6,7170 | 1,922 | 15,28050 | 2,722 | 11,9710 |
Т = 2000 | |||||
λ1, нкм | V, мВ | ^гаах, нкм | V, мВ | нкм | V, мВ |
0,848 | 27,85 | 1,438 | 64,39300 | 2,038 | 50,5654 |
0,849 | 27,96 | 1,439 | 64,39310 | 2,039 | 50,5314 |
0,850 | 28,08 | 1,440 | 64,39312 | 2,040 | 50,4976 |
0,851 | 28,19 | 1,441 | 64,39220 | 2,041 | 50,4638 |
0,852 | 28,31 | 1,442 | 64,39217 | 2,042 | 50,4430 |
Таблица 3
Изменение выходного сигнала приемника излучения, рассчитанного по формуле ΔΙ/Ι дЛЯ λ1, λ^χ, λ2
Т1К | 1000 | 1500 | 2000 |
λ1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 |
^^тах | 7-10-5 | 3,2-10-4 | 1-10-3 |
λ2 | 3,3-10-2 | 5,1-10-2 | 6,7-10-2 |
Таблица 4 Погрешность измерения температуры предлагаемым способом в точках перегиба λ1 и λ2
Т1К | Δϊ(λ1) | Δϊ(Μ |
1000 | 0,6 | 0,25 |
1500 | 1,3 | 0,55 |
2000 | 2,3 | 1,00 |
Таблица 5
Положение характерных точек на кривой интенсивности излучения при различной зависимости коэффициента излучения от длины волны
ε = ε(λ) | Ат, мкм К | ||
А1Т | А^тахТ | Λ.-Т | |
ε = К/λ2 | 1329 | 2057 | 2785 |
ε = К/λ | 1493 | 2400 | 3307 |
ε = К-λ | 1991 | 3600 | 5209 |
8 = К-λ2 | 2400 | 4800 | 7200 |
Таблица 6 Значения температуры, вычисленные по положению точек перегиба при различной зависимости ε от λ
ε = к//' | Τ1Κ | λ1, ткт | ^гаах, ткт | λη, ткт | Τ1Κ | Τ2Κ |
ε = к/λ5 | 1000 | 1,0058 | 1,440 | 1,8748 | 999,8 | 1000,1 |
2000 | 0,5029 | 0,720 | 0,9371 | 1999,7 | 2000,2 | |
3000 | 0,3353 | 0,480 | 0,6247 | 2998,8 | 2998,8 | |
ε =1</λ2 | 1000 | 1,3290 | 2,0570 | 2,7840 | 1001,6 | 1002,4 |
2000 | 0,6645 | 1,0286 | 1,3920 | 2003,3 | 2005,4 | |
3000 | 0,4430 | 0,6857 | 0,9280 | 3004,9 | 3007,8 | |
ε = к/λ | 1000 | 1,4930 | 2,400 | 3,3070 | 999,7 | 999,7 |
2000 | 0,7465 | 1,200 | 1,6535 | 1999,4 | 1999,4 | |
3000 | 0,4977 | 0,800 | 1,1020 | 2998,5 | 2998,3 | |
ε= кЖ | 1000 | 1,8355 | 3,200 | 4,5640 | 999,8 | 1000,0 |
2000 | 0,9178 | 1,600 | 2,2820 | 1999,4 | 2000,0 | |
3000 | 0,6118 | 1,067 | 1,5210 | 3000,0 | 3000,6 | |
ε = 1<λ | 1000 | 1,9900 | 3,600 | 5,2100 | 1000,0 | 998,5 |
2000 | 0,9955 | 1,800 | 2,6050 | 1997,5 | 1997,0 | |
3000 | 0,6637 | 1,200 | 1,7370 | 2996,9 | 2995,0 | |
ε = кХ2 | 1000 | 2,400 | 4,800 | 7,200 | 1000,0 | 1000,0 |
2000 | 1,200 | 2,400 | 3,600 | 2000,0 | 2000,0 | |
3000 | 0,800 | 1,600 | 2,400 | 3000,0 | 3000,0 |
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСпособ определения действительной температуры реального тела путем измерения неселективным приемником спектральной интенсивности и длин волн теплового излучения, отличающийся тем, что в процессе измерения регистрируют величины длины волны излучения λι, λ2, соответствующие точкам перегиба зависимости спектральной интенсивности излучения от длины волны излучения ΙλΤ = £ (λ, Τ), или величины длины волны, соответствующие одной из точек перегиба (λι,2), и λ^, соответствующую максимуму зависимости ΙλΤ = £(λ,Τ), причем в первом случае абсолютную действительную температуру реального тела Т определяют по формулеТ = С'2(Л2—Л|)2/2Л|7.2(Л|+Л2), где С2 = 1,4388-104 [мкм К] - вторая постоянная излучения,а во втором - по формуле Т = С2(^-шах - λ1,2)2/λ1,2-λΜ3χ (2λΜ3χ - λ1,2)·
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA199800981A EA001536B1 (ru) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Способ определения действительной температуры реального тела |
CZ19994336A CZ295910B6 (cs) | 1998-12-04 | 1999-12-02 | Způsob určování skutečné teploty reálných těles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA199800981A EA001536B1 (ru) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Способ определения действительной температуры реального тела |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA199800981A1 EA199800981A1 (ru) | 2000-06-26 |
EA001536B1 true EA001536B1 (ru) | 2001-04-23 |
Family
ID=8161469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA199800981A EA001536B1 (ru) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Способ определения действительной температуры реального тела |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ295910B6 (ru) |
EA (1) | EA001536B1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU241753A1 (ru) * | Д. Я. Свет | Способ измерения истинной температуры металлов по их излучению | ||
SU521786A1 (ru) * | 1974-11-11 | 1983-12-07 | Предприятие П/Я Р-6543 | Способ измерени температуры |
EP0420108A1 (de) * | 1989-09-25 | 1991-04-03 | Europäische Atomgemeinschaft (Euratom) | Mehrwellenlängen-Pyrometer |
-
1998
- 1998-12-04 EA EA199800981A patent/EA001536B1/ru not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-12-02 CZ CZ19994336A patent/CZ295910B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU241753A1 (ru) * | Д. Я. Свет | Способ измерения истинной температуры металлов по их излучению | ||
SU521786A1 (ru) * | 1974-11-11 | 1983-12-07 | Предприятие П/Я Р-6543 | Способ измерени температуры |
EP0420108A1 (de) * | 1989-09-25 | 1991-04-03 | Europäische Atomgemeinschaft (Euratom) | Mehrwellenlängen-Pyrometer |
RU2083961C1 (ru) * | 1989-09-25 | 1997-07-10 | Ойропеише Атомгемайншафт (Ойратом) | Способ измерения температуры и коэффициента излучения поверхности |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ9904336A3 (en) | 2001-06-13 |
CZ295910B6 (cs) | 2005-11-16 |
EA199800981A1 (ru) | 2000-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Coates | Multi-wavelength pyrometry | |
CN105241575B (zh) | 基于宽带荧光光谱的强度比测温方法 | |
Duvaut | Comparison between multiwavelength infrared and visible pyrometry: Application to metals | |
Wang et al. | Measurement technology for material emissivity under high temperature dynamic heating conditions | |
CN103913238A (zh) | 双温双波段红外辐射精确测温方法 | |
Sotnikova et al. | А3В5 photodiode sensors for low-temperature pyrometry | |
US5326172A (en) | Multiwavelength pyrometer for gray and non-gray surfaces in the presence of interfering radiation | |
US4799788A (en) | Process for measuring the temperature of a body by optical detection and modulated heating | |
Corliss | Oscillator Strengths for Lines of NiI | |
EA001536B1 (ru) | Способ определения действительной температуры реального тела | |
Pajusalu et al. | Temperature dependent electron–phonon coupling in chlorin-doped impurity glass and in photosynthetic FMO protein containing bacteriochlorophyll a | |
Blanco et al. | Temperature measurements of shock heated materials using multispectral pyrometry: application to bismuth | |
Saunders | Uncertainty Arising from the Use of the Mean Effective Wavelength in Realizing ITS‐90 | |
CN108489631A (zh) | 一种吸收光谱强度比测温方法 | |
Marciniak et al. | Comment on ‘A strategy for enhancing the sensitivity of optical thermometers in β-NaLuF 4: Yb 3+/Er 3+ nanocrystals’ | |
Seletskiy et al. | Fast differential luminescence thermometry | |
Zhang et al. | Overview of radiation thermometry | |
Bauer et al. | Device for spectral emissivity measurements of ceramics using a FT-IR spectrometer | |
Dubas | Noncontact thermal pyrometry for condensed materials | |
Farrer et al. | Substrate temperature measurement using a commercial band-edge detection system | |
EP1006345A1 (en) | Method of determining the actual temperature of real bodies | |
Yuan et al. | Linearity study of a spectral emissivity measurement facility | |
Barela et al. | Pyrometer for temperature measurement of selective objects of unknown and variable emissivity | |
Xue et al. | Uncertainty model and estimation for emissivity of a steel plate with a multi-wavelength pyrometer | |
SU167328A1 (ru) | Бесконтактный способ измерения истинныхтемператур |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |