KR0133637B1 - Calibration method for light measuring device and radiation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기준파장법의 개념을 이용하여 새로운 내삽공식을 유도하고, 제안된 새로운 내삽공식고 유효파장법을 이용하여 유도된 내삽공식을 넓은 온도구간에서 비교하여 새로운 내삽공식의 우수성을 증명한 것으로서, 지수함수와 온도역수의 다항식의 곱으로된 내사봉식을 사용하여 복사온도계 혹은 광계측 장비를 교정하는 방법.The present invention demonstrates the superiority of the new interpolation formula by deriving a new interpolation formula using the concept of reference wavelength method and comparing the interpolation formula derived using the proposed new interpolation formula and high effective wavelength method over a wide temperature range. , Calibrating a radiometer or photometric instrument using an internal-spinning equation multiplied by the polynomial of the exponential function and the temperature inverse.
Description
제1도(가)는 복사온도계의 분광감응도의 중심과 반치폭이 각각 90mm와 100mm일때의 기준파장법과 유효파장법에 의해 유도된 내삽공식에 의한 온도오차 비교도.Fig. 1 (A) is a diagram showing the temperature error comparison by the interpolation method derived by the reference wavelength method and the effective wavelength method when the center and half width of the spectral sensitivity of the radiation thermometer are 90 mm and 100 mm, respectively.
제1도(나)는 복사온도계의 분광감응도의 중심과 반치폭이 각각 8μm와 2μm일때의 기준파장법과 유효파장법에 의해 유도된 내삽공식에 의한 온도오차 비교도.Figure 1 (b) is a comparison diagram of temperature errors by the interpolation formula derived by the reference wavelength method and the effective wavelength method when the center and half width of the spectral sensitivity of the radiation thermometer are 8 μm and 2 μm, respectively.
제2도는 여러가지 기준파장에서 계산된 기준파장업에 의해 유도면 내삽공식에 의한 온도오차 비교도.2 is a comparison diagram of temperature errors by guide plane interpolation by reference wavelength up calculated at various reference wavelengths.
제3도는 아연과 인듐 두 고정점에서 복사온도계를 교정하였을 때, 기준파장법에 의해 유도된 내삽공식에 의한 온도오차 비교도.3 is a temperature error comparison diagram of the interpolation formula induced by the reference wavelength method when the radiation thermometer is calibrated at two fixed points of zinc and indium.
본 발명은 기준파방법(Reference Wavelength Method)의 개념을 이용하여 유도한 새로운 내삽공식(interpolation Equation)을 이용하여 복사온도계를 교정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calibrating a radiation thermometer using a new interpolation equation derived using the concept of a reference wave length method.
일반적으로 광고온도계로 측정되는 온도는 기준광원에서 나오는 광량과 측정표적에서 나오는 광량의 비로 정의되며, 온도눈금은 전통적으로 광고온계와 금속 응고점 흑체로를 이용하여 실현된다.In general, the temperature measured by the advertising thermometer is defined as the ratio of the light emitted from the reference light source and the light emitted from the measurement target, and the temperature scale is traditionally realized by using an advertising thermometer and a metal solidification point black body furnace.
표적에서 나온 광은 광고온계 속의 유한한 파장대역 폭을 가진 간섭휠터를 토과해서 광검출기로 입사되어 신호가 검출된다.The light from the target passes through an interference filter with a finite wavelength band in the advertising thermometer and enters the photodetector to detect the signal.
이때 사용한 간접휠터가 파장대역 폭을 가지고 있으므로, 광량의 비에서 온도를 환산할 때 측정되는 파장을 단색광이라 가정하고 계산하면 상당히 큰 온도 오차가 발생한다.At this time, since the used indirect filter has a wavelength band width, a considerably large temperature error occurs when the wavelength measured when converting the temperature in the ratio of light quantity is assumed to be monochromatic light.
이러한 오차를 보정하기 위하여 일반적으로 유효파장법이나 기준파장법에 사용되어 왔다.In order to correct this error, it is generally used in the effective wavelength method or the reference wavelength method.
유효파장법은 가정한 단색과의 파장을 온도의 함수로 두고 온도에 따라 변하는 값을 계산하여 사용하며, 기준파장에서는 파장의 값을 적절한 값으로 고정하고 온도에 따라 보정값(correction fater)을 계산하여 사용한다.The effective wavelength method is used by calculating the value that changes with temperature by using the assumed wavelength with a monochromatic function as a function of temperature.In the reference wavelength, the wavelength value is fixed to an appropriate value and the correction fater is calculated according to the temperature Use it.
복사온도계를 교정하는 일은 일반적으로 여러점 교정방법(multiple-point calibration method)이 사용되어 왔다.Calibration of radiation thermometers has generally been used with multiple-point calibration methods.
이러한 여러점 교정방법으로 복사 온도계를 교정하는 절차는 먼저 복사온도계의 신호를 여러 온도점에서 측정한 후, 그 신호 값을 적절한 수식을 사용하여 복사온도계를 사용할 온도 구간에서 내삽하는 것이다.The procedure for calibrating a radiation thermometer with this multi-point calibration method is to first measure the signal of the radiation thermometer at several temperature points, and then interpolate the signal value in the temperature range where the radiation thermometer is used using the appropriate equation.
이렇게 하면 복사온도계의 본광감응도를 측정하지 않고 온도계의 온도눈금을 찾을 수 있게 된다.This makes it possible to find the temperature scale of the thermometer without measuring the true sensitivity of the radiation thermometer.
여러점 교점방법은 이제 가장 일반적인 복사온도계의 교정방법으로 널리 사용되고 있다.The multipoint intersection method is now widely used as the calibration method for the most common radiation thermometers.
여러점 교정방법으로 복사온도계를 교정하기 위해서는 상기에 언급한 바와같이 복사온도계에 사용된 검출기의 신호와 온도와의 관계를 표현하는 내삽공식이 필요하다.In order to calibrate the radiation thermometer by the multi-point calibration method, an interpolation equation expressing the relationship between the signal and the temperature of the detector used in the radiation thermometer is required.
특히, 내삽공식에 의해 내삽(Interpolate)혹은 외삽(Extrpolate)되는 복사온도계의 온도눈금이 정확하기 위해서는 적절한 내삽공식의 선택이 매우 주요하다.In particular, the selection of an appropriate interpolation formula is very important in order for the temperature scale of the radiation thermometer interpolated or extrapolated by the interpolation formula to be accurate.
이러한 용도로 유효파장법의 개념에서 유도된 내삽공식이 널리 사용되어 왔으며, 여기서 약간 변형된 모습의 내삽공식도 복사온도계 교정에 사용되어 왔다.For this purpose, the interpolation formula derived from the concept of effective wavelength method has been widely used, and a slightly modified interpolation formula has also been used to calibrate the radiation thermometer.
이러한 유효파장법에 의한 내삽공식을 이용하여 얻은 복사온도계의 온도눈금과 플랑크 복사법칙을 이용하여 확립된 온도눈금과의 차이를 구하여 내삽공식에 의해 발생되는 온도눈금의 오차를 계산하였다.The difference between the temperature scale of the radiation thermometer obtained by the interpolation formula by the effective wavelength method and the temperature scale established by the Planck radiation law was calculated and the error of the temperature scale generated by the interpolation formula was calculated.
계산 결과 온도구간 400℃에서 1500℃내에서 850mm 구간의 중심파장을 가진 간섭필터를 가진 복사 온도계에 대한 오차는 거의 무시할 수 있을 정도로 작았다.The calculation results show that the error for the radiation thermometer with an interference filter with a center wavelength in the temperature range of 400 ° C to 1500 ° C in the range of 850mm is almost negligible.
그러나 이러한 오차에 대한 분석이 온도구간 2500℃ 이상이거나, 혹은 유효파장의 크기가 수μm 이상으로 클 경우와 빈의 근사(Wien's approximation)가 적절하지 않을 경우에 대해서는 행해지지 않았었다.However, the analysis of these errors has not been done for the temperature range of 2500 ° C or higher, or for the effective wavelength of several μm or more and Wien's approximation is not appropriate.
본 발명에서는 기준파장법의 개념을 이용하여 새로운 내삽공식을 유도하고 복사온도계 교정에 적용하는 방법을 찾았다.In the present invention, a method of deriving a new interpolation formula using the concept of the reference wavelength method and applying it to the calibration of the radiation thermometer was found.
제안된 새로운 내삽공식과 종래 사용하던 유효파장법을 이용하여 유도된 내삽공식을 복사온도계 교정에 사용할 때 발생되는 온도오차를 계산하여 새로운 내삽공식의 우수성을 입증하였다.Using the proposed new interpolation formula and the effective wavelength method, the superiority of the new interpolation formula was proved by calculating the temperature error generated when the interpolation formula was derived for the calibration of the radiometer.
1) 이론1) theory
1-1. 기본방법1-1. Basic method
흑체로의 신호를 측정할 경우 복사온도계를 측정되는 신호는When measuring the signal to the black body, the signal measuring the radiation thermometer
여기서 L(λ,T)는 파장 λ, 온도T에서 흑체로에서 나오는 분광 복사량이며, 플랑크 복사법칙으로 기술할 수 있다.Where L (λ, T ) is the amount of spectral radiation coming from the blackbody furnace at wavelength λ, temperature T , and can be described by Planck's law of radiation.
그리고 S(λ)는 복사온도계의 분광감음도이다.And S (λ) is the spectral sensitivity of the radiation thermometer.
이러한 기본방법에서는 온도는 복사온도계의 신호의 비로 정의되는데 이를 표현하면 다음과 같다.In this basic method, the temperature is defined as the ratio of the signal of the radiation thermometer, which is expressed as follows.
여기서T R 는 기준온도이며T F 는 우리가 이 방법으로 구하는 온도 값이다. (2)식은 적분방정식으로 온도T F 는 수치적으로 구하게 된다.Where T R is the reference temperature and T F is the temperature value we obtain this way. Equation (2) is an integral equation, and the temperature T F is obtained numerically.
1-2. 유효파장법1-2. Effective Wavelength Method
빈의 근사식을 (2)식에 적용하면, 유효파장 λ e 는 다음과 같은 정의할 수 있다.Applying the approximation of the bin to equation (2), the effective wavelength λ e can be defined as
여기서T E 는 유효파장법을 이용하여 구할 온도이며, λ e 는 주어진 온도 T R 에 대하여 정해지는 온도T E 의 함수이다.hereT E Is the temperature to be obtained using the effective wavelength method, λ e Is given temperature T R Temperature determined againstT E Is a function of.
전통적으로 유효파장법은 표준광고온도계를 사용하여 국제온도눈금을 실현 하는데 많이 사용되어 왔으며, 광고온도계를 이용하여 온도표준을 실현하는데 있어서의 온도오차에 대한 분석은 넓은 온도구간에서 연구되었다.Traditionally, effective wavelength method has been widely used to realize international temperature scale using standard advertising thermometer, and analysis of temperature error in realizing temperature standard using advertising thermometer has been studied over wide temperature range.
그러나 (3)식을 이용하여 정확한 온도눈금을 확립하기 위해서는 복사온도계의 분광 감응도를 측정하고 이를 이용하여 온도의 함수인 유효파장을 계산하여야 한다.However, in order to establish an accurate temperature scale using Eq. (3), the spectral sensitivity of the radiation thermometer should be measured and the effective wavelength as a function of temperature must be calculated.
유효파장의 역수를 온도의 역수 1/T에 일차 함수로 근사랄 수 있다는 것은 널리 알려져 있다.It is well known that the inverse of the effective wavelength can be approximated as a linear function of the inverse of the temperature 1 / T.
따라서 복사온도계의 유효파장을 온도역수의 다항식으로 근사하면,AT.B경우 복사온도계의 신호를 다음식과 같이 기술할 수 있다.Therefore, when the effective wavelength of the radiation thermometer is approximated by the polynomial of the temperature inverse, the signal of the radiation thermometer can be described as follows in the case of AT.B.
여기서V E (T)는 온도T에서 복사온도계의 신호이고,C 2 는 제2복사상수로 1.4338cm·K이다.Where V E ( T ) is the signal from the radiation thermometer at temperature T and C 2 is 1.4338 cm · K as the second radiation constant.
그리고 계수A, B, C는 복사온도계가 고정된 점에서 신호와 식을 맞춤하여 구하게 된다.The coefficients A, B, and C are obtained by fitting the signal and the equation at the fixed point of the radiation thermometer.
또한 유효파장법의 변형으로 복사온도계의 신호으 자연대수 값을 온도의 역수의 다항식으로 기술하여 사용하는 경우도 있다.In addition, due to the modification of the effective wavelength method, the natural logarithm of the radiation thermometer signal may be described as a polynomial of the inverse of the temperature.
내삽공식(4)는 현재 적외선 복사온도계를 교정하는데 가장 널리 사용되고 있다.The interpolation formula (4) is currently most widely used to calibrate an infrared radiation thermometer.
유도파장법에 의해 유도된 내삽공식에 의해 싱기는 온도오차는 (4)식을 사용하여 계산하였다.By the interpolation formula induced by the induced wave method, the temperature error was calculated using the equation (4).
1-3. 기준파장법(Reterence Wavelength Method)1-3. Reference Wavelength Method
기준파장법에 따르면, 보정 값 R은 흑체광원에 대하여 다음식으로 정의된다.According to the reference wavelength method, the correction value R is defined by the following equation for the black body light source.
여기서 λ r 은 기준파장이다.Where λ r is the reference wavelength.
여기서 기준파장법의 개념으로부터 새로운 내삽공식을 유도하면 다음과 같다.Here, the new interpolation formula is derived from the concept of reference wavelength method.
보정갑R(T)를 온도 역수의 2차 다항식으로 표시하고L(λ,T)는 플랑크 복사법칙을 사용하여V(T)를 기술하면The correction box R ( T ) is expressed as the second order polynomial of the reciprocal of temperature, and L (λ, T ) describes V ( T ) using the Planck radiation law.
그리고C 1 은 제1복사상수이다.And C 1 is the first radiation constant.
V R (T)는 온도T에서 복사온도계의 신호를 나타내며, 계수a, b, c는 맞춤계수이다. V R ( T ) represents the signal of the radiation thermometer at temperature T , and the coefficients a, b and c are the fitting coefficients.
(6)식의 맞춤계수를 구하기 위하여, 어떤 교정점 온도T O 에서 보정값R(T)=1로 두면, 다음 식을 얻을 수 있다.In order to find the fit factor of equation (6), any calibration point temperatureT O Correction valueR(T)= 1If you leave it, you can get
K 0 =V R (T 0 ){exp(C 2 /λ r T 0 )-1} K 0 = V R ( T 0 ) { exp ( C 2 / λ r T 0 ) -1 }
그리고K를K 0 로 대체하여 (6)식에 대입하면,And substituting K into K 0 and substituting it into this equation (6),
(8)식의 오른쪽편은 온도역수의 2차 다항식이므로, 3점 이상의 점에서 교정된 값을 이용하여 맞춤을 하면 계수a, b, c를 쉽게 계산할 수 있다.Since the right side of Eq. (8) is the second order polynomial of the temperature inverse, the coefficients a, b, and c can be easily calculated by fitting them using the calibrated values at three or more points.
온도T는 (6)식에서 해석적으로 구할 수 없음으로 복사온도계의 온도는 반복(iteration)방법으로 계산하였다.The temperature T could not be analytically determined from Eq. (6), so the temperature of the radiation thermometer was calculated by an iteration method.
온도를 구하는 과정을 자세하게 기술하면 다음과 같다.The process of obtaining temperature is described in detail as follows.
먼저 복사온도계의 신호가V O 라하고 이때 보정값R(T i )를 1로 두면, 온도 초기 값T i 를 다음식에서 쉽게 계산할 수 있다.First, if the signal of the radiation thermometer is V O and the correction value R ( T i ) is set to 1, the initial temperature value T i can be easily calculated from the following equation.
다음 온도T=T i 를 (6)식에 대입하여 실제 신호와의 차이를 구하면,Substituting the next temperature T = T i into (6) to find the difference from the actual signal,
ΔV=V 0 -V R (T i ) (10)Δ V = V 0 -V R ( T i ) (10)
빈의 근사에서 복사온도계 신호V의 변화에 대한 온도T에 변화율에 대한 식이 다음과 같이 기술된다.The equation for the rate of change in temperature T for the change in the radiation thermometer signal V in the approximation of the bin is described as follows.
위의 식을 이용하여 신호차이 ΔV에 대응되는 ΔT의 값을 구하여T=Ti+ΔT를 구하여 (6)식에 대입하고 (10)식과 (11)식에서 ΔVΔT를 구한다.Obtaining the value of Δ T which corresponds to the signal difference Δ V by using the above equation T = T, obtain the i + Δ T is substituted in equation (6) and (10) and (11) calculate the equation Δ V Δ T.
이때 ΔT의 크기는 매우 빨리 줄어드는데, 두 세번 이내 반복(iteration)으로 그 값이 10-6이내가 된다.At this time, the magnitude of Δ T decreases very quickly, and within two to three iterations, the value is within 10 −6 .
이렇게 하여 복사온도계V 0 에 해당하는 온도를 구하게 된다.In this way, the temperature corresponding to the radiation thermometer V 0 is obtained.
2) 내삽공식에 의한 온도오차 계산(Calculation of errors due to the interpolation equation)2) Calculation of errors due to the interpolation equation
본 발명에서 새로 제안된 내삽공식의 우수성을 검증하기 위하여 내삽공식에 의해 발생되는 온도눈금의 오차를 수치적으로 계산하였다.In order to verify the superiority of the newly proposed interpolation formula, the error of the temperature scale generated by the interpolation formula was numerically calculated.
계산에서 복수온도계의 분광감응도가 삼각형, 사각형, 가우시안 모양을 3가지 경우에 대하여, 같은 중심과 대역폭으 가지며, 최대투과도는 모두 1이라고 가정하고, 각각의 모양에 대하여 계산을 수행하였다.In the calculation, the spectral sensitivity of the plural thermometers was assumed to have the same center and bandwidth, and the maximum transmittance was 1 for all three cases of triangle, square, and Gaussian shapes.
적외선 복사온도계의 사용 온도구간에 따라 그 분광감응도의 중심파장이 서로 매우 다르므로 계산은 두가지 온도구간(고온구간 600℃-4000℃, 저온구간 0℃-600℃)으로 나누어서 하였다.The center wavelengths of the spectral sensitivity vary greatly depending on the temperature range of the infrared radiation thermometer, so the calculation is divided into two temperature ranges (600 ℃ -4000 ℃ for high temperature and 0 ℃ -600 ℃ for low temperature).
내삽공식에 의해 발생되는 오차는 (2)식에 정의된 기본 방법과 (4)와 (6)식의 내삽공식으로 구해진 온도와의 차이로 정의하였다.The error generated by the interpolation formula is defined as the difference between the basic method defined in (2) and the temperature obtained by the interpolation formula of (4) and (6).
2-1. 고온구간2-1. High temperature section
온도구간 600℃에서 3000℃에서 사용되는 사용의 적외선 복사온도계는 일반적으로 감응도가 근적외선 영역인 900nm근처에서 최대값을 가지는 실리콘 광다이오드를 사용한다.Infrared radiation thermometers used at temperatures ranging from 600 ° C to 3000 ° C generally use silicon photodiodes with maximum values near 900nm where the sensitivity is near infrared.
따라서 이 온도구간에서 내삽공식에 의한 오차를 계산하기 위하여 복사온도계의 분광감응도가 900nm에서 최대값을 가지고 대역표(반치폭)이 100nm라고 가정하였다.Therefore, in order to calculate the error by interpolation equation in this temperature range, it is assumed that the spectral sensitivity of the radiation thermometer has a maximum value at 900 nm and a band table (half-width) is 100 nm.
그리고 복사온도계가 세 개의 금속고정점(알루미늄 660.23℃, 은 961.78℃, 구리 1084.62℃)흑체로를 이용하여 교정되었다고 가정하고, 온도계의 분광감응도 모양이 삼각형, 사각형, 가우시안 모양을 가지는 각각의 경우에 대해서 복사온도계의 신호를 이론적으로 계산하였다.In addition, assuming that the thermometer is calibrated using three metal stationary points (aluminum 660.23 ° C, silver 961.78 ° C, copper 1084.62 ° C), a black body furnace, and the spectral sensitivity of the thermometer is triangular, square, or Gaussian. The signal of the radiation thermometer was theoretically calculated.
그리고 각각의 감응도 모양에 대하여 복사온도계의 신호를 이론적으로 계산하였다.And the signal of the radiation thermometer was theoretically calculated for each type of sensitivity.
그리고 각각의 감응도 모양에 대하여 계산에서 얻어진 복사온도계 신호를 이용하여 (4)식과 (6)식의 맞춤계수를 계산하였다.For each sensitivity shape, the fitting coefficients of equations (4) and (6) were calculated using the radiant thermometer signal obtained in the calculation.
일반적으로 1500℃이상의 온도에서 금속정점을 실현하는 것은 매우 힘든 작업이므로, 실제적으로 여러점교정방방법으로 복사온도계를 교정할 경우 1200℃이상의 온도구간에서의 온도눈금을 내삽공식을 외삽하여 구한다.In general, it is very difficult to realize metal peaks at temperatures above 1500 ° C. Therefore, when calibrating a radiometer with a multipoint calibration method, the temperature scale at temperatures above 1200 ° C is extrapolated.
제1도의(가)에 외삽된 온도구간에서 온도오차를 구한 결과가 도시되어 있다.The results of calculating the temperature error in the extrapolated temperature range in Fig. 1A are shown.
제1도의(가)에서 실선은 기준파장법에 의해 유도된 내삽공식 (6)식에 의한 것이고 점선은 유효파장법에 의해 유도된 (4)식에 의한 것이다.In (a) of FIG. 1, the solid line is based on the interpolation equation (6) derived by the reference wavelength method and the dotted line is based on equation (4) derived by the effective wavelength method.
온도가 커질수록 유효파장법으로 유도된 내삽공식에 의한 온도오차가 기준파장법에 의한 것 보다 휠씬 큰 값을 가지는 것을 볼 수 있다.It can be seen that as the temperature increases, the temperature error caused by the interpolation formula induced by the effective wavelength method is much larger than that by the reference wavelength method.
유효파장법으로 유도된 내삽공식은 빈의 근사에 근거를 두고 있기 때문에, 내삽공식에 의한 온도오차는 온도가 2000℃ 이상 되면 두드러지게 커지고 그 값이 지수함수적으로 커져서 4000℃ 근처에서는 세가지 모양의 분광감응도에 대하여 모두 약 30℃에 이르는 오차를 보이고 있다.Since the interpolation formula derived by the effective wavelength method is based on the approximation of the bin, the temperature error due to the interpolation formula becomes remarkably large when the temperature is over 2000 ℃ and the value increases exponentially. The spectral sensitivity shows an error of up to about 30 ° C.
이와같은 도시된 도면은 본 발명에서 제안된 내삽공식이 고온구간에서 유효파장법으로 유도된 내삽공식에 비하여 좋다는 것을 분명히 보여주고 있다.This illustrated figure clearly shows that the interpolation formula proposed in the present invention is better than the interpolation formula derived by the effective wavelength method in the high temperature section.
2-2. 저온구간2-2. Cold section
열전쌍 검출기가 초전검출기 등과 같은 적외선 검출기로 8μm이상의 적외선을 검출하면 상온이하의 온도도 측정이 가능하다(여기서 이러한 검출기를 사용하여 복사온도계를 저온용 복사사온도계라고 부르기로 한다).When the thermocouple detector detects infrared rays of 8 μm or more with an infrared detector such as a pyroelectric detector, it is possible to measure temperature below room temperature (here, the radiation thermometer is referred to as a low-temperature radiant thermometer).
저온용 복사온도계의 분광감응도를 측정하는 일은 실리콘 검출기를 사용하는 복사온도계의 분광감응도를 재는 것보다 휠씬 힘들기 때문에, 여러점 교정방법은 저온용 복사온도계 교정이 가장 효율적인 방법으로 널리 사용되거 있으면, 유효파장법으로 유도된 내삽공식이 여러 연구자들에 의해 사용되어 왔다.Measuring the spectral sensitivity of low-temperature radiation thermometers is much more difficult than measuring the spectral sensitivity of radiation thermometers using silicon detectors. The interpolation formula derived by effective wavelength method has been used by various researchers.
종전에 사용하던 내삽공식인 유효파장법에 의한 온도오차와 새로운 내삽공식인 기준파장법을 사용하여 교정된 복사온도계의 온도오차를 계산한 결과가 제1도의(나)에 도시되어 있다.The results of calculating the temperature error of the calibrated radiation thermometer using the conventional interpolation effective wavelength method and the new interpolation reference wavelength method are shown in FIG.
계산에서, 저온용 복사온도계의 분광감응도가 8μm에서 최대값을 가지고 반치폭이 2μm이라고 가정하였으며, 저온용 복사온도계는 세 개이 금속정점 인듐(156.598℃), 주석(231.928℃), 아연(419.529℃)에서 교정되었다고 가정하였다.In the calculations, it is assumed that the spectral sensitivity of the low-temperature radiation thermometer has a maximum value of 8 μm and a half width of 2 μm, and the low-temperature radiation thermometer has three metal peaks: indium (156.598 ℃), tin (231.928 ℃), and zinc (419.529 ℃). Assume that is corrected at
오차는 저온용 복사온도계가 주로 사용되는 온도구간 0℃부터 600℃까지에서 계산되었다.The error was calculated from 0 ° C to 600 ° C in the temperature range where low-temperature radiation thermometers were mainly used.
제1도의(나)에서 도시한 바와 같이 유효파장법으로 유도된 내삽공식에 의한 오차(도면중 점선)가 매우 큰 값을 가지고 있다.As shown in (b) of FIG. 1, the error (dashed line in the figure) by the interpolation formula derived by the effective wavelength method has a very large value.
교정점 사이의 내삽영역에서 조차 오차가 0.5℃에 이르고 600℃ 근처에서는 무려 6℃ 정도가 되었다.Even in the interpolation region between the calibration points, the error reached 0.5 ° C and around 6 ° C.
반면, 기준파장법으로 유도된 내삽공식에 의한 오차는 전 온도구간에서 0.3℃이내였다.On the other hand, the error due to the interpolation formula induced by the reference wavelength method was within 0.3 ° C over the entire temperature range.
여기서 복사온도계의 분광감응도 모양에 무관하게 유효파장법으로 유도된 내삽공식에 의한 온도오차보다 휠씬 크다는 것이 주목할 만하다.It is remarkable that the temperature error is much larger than the temperature error by the interpolation method induced by the effective wavelength method irrespective of the spectral sensitivity of the radiation thermometer.
이러한 기준파방법에 의한 오차가 기준파방법을 변화 대하여 어떻게 변하는가를 확인하기 위하여 기준파장을 여러 가지로 바꾸어 가면서 온도오차를 계산한 것이 제2도에 되시되어 있는 바와같이 복사온도계의 분광감응도 반치폭 내의 어떠한 값을 정하여 사용하여도 그 오차가 크게 증가하지 않음을 확인할 수 있다.In order to confirm how the error caused by the reference wave method changes with respect to the reference wave method, the temperature error was calculated by changing the reference wavelength in various ways, as shown in FIG. It can be confirmed that the error does not increase greatly by setting any value.
또한 우리는 새로운 내삽공식을 이용하여 복사온도계를 두점에서 교정하는 경우에 적용하여 보았다.We also applied a new method to calibrate the radiometer at two points using the new interpolation formula.
(6)식의 다항식을 온도역수의 1차 식으로 가정하고 복사온도계가 인듐과 아연 금속점에서 교정되었다고 가정하였을 때, 세가지 분광감응도에 대하여 오차를 계산하였으므로 그 결과를 제3도에 도시한 것으로서, 직각모양의 분광감응도를 가지는 경우가 삼각형 모양에 비하여 오차가 반 정도로 줄었으며, 가우시안 모양과 삼각형 모양은 비숫한 값을 가졌다.When the polynomial of Eq. (6) is assumed to be the first-order equation of temperature inverse and the radiation thermometer is calibrated at the indium and zinc metal points, the error is calculated for the three spectral sensitivities. In the case of the rectangular spectral sensitivity, the error was reduced by half compared to the triangular shape, and the Gaussian and triangular shape had non-numeric values.
3) 결 론3) Conclusion
상기와 같이 기술되어지는 본 발명은 적외선 복사온도계의 교정에 사용하기 위한 새로운 내삽공식을 기준파장법으로부터 유도하였다.The present invention described above derives a new interpolation formula from the reference wavelength method for use in the calibration of infrared radiation thermometers.
새로운 내삽공식의 우수성을 확인하기 위하여 내삽공식에 의한 온도오차를 계산하였으며, 종전에 많이 사용되어온 유효파장법에 의해 유도된 내삽공식에 의한 온도오차를 계산하여 서로 그 값을 비교하였다.In order to confirm the superiority of the new interpolation formula, the temperature error was calculated by the interpolation formula, and the temperature error was calculated by the interpolation formula derived by the effective wavelength method which has been widely used.
새로운 내삽공식을 사용하여 실리콘 적외선 검출기를 사용하는 복사온도계의 온도 눈금을 2000℃이상 까지도 적은 온도오차로 확장시킬 수 있었다.Using the new interpolation formula, the temperature scale of the radiation thermometer using a silicon infrared detector can be extended with a small temperature error of over 2000 ° C.
그리고 이 내삽공식은 장파장의 적외선을 검출하는 저온용 적외선 복사온도계 교정에 매우 유용한 것으로 증명됨으로 인하여 넓은 온도구간과 유효파장의 크기가 수μm 이상으로 큰 경우에 있어서도 온도오차를 최소화 할 수 있는 등의 효과를 기대할 수 있는 것이다.The interpolation formula proved to be very useful for the calibration of low-temperature infrared radiation thermometers that detect infrared radiation at long wavelengths, thus minimizing the temperature error even in the case of large temperature ranges and effective wavelengths of several μm or more. You can expect the effect.
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