RU2466362C2 - Method of measuring spatial distribution gas temperature - Google Patents

Method of measuring spatial distribution gas temperature Download PDF

Info

Publication number
RU2466362C2
RU2466362C2 RU2010154349/28A RU2010154349A RU2466362C2 RU 2466362 C2 RU2466362 C2 RU 2466362C2 RU 2010154349/28 A RU2010154349/28 A RU 2010154349/28A RU 2010154349 A RU2010154349 A RU 2010154349A RU 2466362 C2 RU2466362 C2 RU 2466362C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
temperature
spatial distribution
silicon carbide
regular
Prior art date
Application number
RU2010154349/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010154349A (en
Inventor
Владимир Александрович Карачинов (RU)
Владимир Александрович Карачинов
Дмитрий Владимирович Карачинов (RU)
Дмитрий Владимирович Карачинов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Priority to RU2010154349/28A priority Critical patent/RU2466362C2/en
Publication of RU2010154349A publication Critical patent/RU2010154349A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2466362C2 publication Critical patent/RU2466362C2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: disclosed is a method of measuring spatial distribution of temperature in a heated gas stream using a regular optical label method through controlled input of a silicon carbide multi-element probe into the analysed section of the gas stream. Detection of the signal bearing information on regular luminance contrast, generated by the silicon carbide multi-element probe using a photodetector array is carried out at the effective wavelength in the infrared range of the corresponding transmission window of the atmosphere (medium).
EFFECT: wider range of measuring gas temperature and reduced systematic error of the measurements.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к яркостной пирометрии, и может быть использовано для измерения распределения температур газовых потоков.The invention relates to measuring technique, namely to brightness pyrometry, and can be used to measure the temperature distribution of gas flows.

Известен способ измерения пространственного распределения температур путем помещения в контролируемые точки множества термочувствительных кварцевых пьезорезонансных датчиков с различными резонансными частотами. При этом искомую температуру в контролируемых точках определяют по предварительно найденным зависимостям резонансной частоты кварцевых пьезорезонансных датчиков от температуры (см. RU №2206878, G01K 7/00, 2003).A known method of measuring the spatial distribution of temperatures by placing at a controlled point many thermosensitive quartz piezoresonance sensors with different resonant frequencies. In this case, the desired temperature at controlled points is determined by the previously found temperature dependences of the resonant frequency of quartz piezoresonance sensors (see RU No. 2206878, G01K 7/00, 2003).

Недостатками данного способа являются: узкий диапазон измеряемых температур, обусловленный предельными эксплуатационными возможностями кварцевых пьезорезонансных датчиков и соединительных проводов; низкие функциональные возможности и точность измерения вследствие большой тепловой инерции используемых датчиков, разброса параметров и деградации, а также отсутствия возможности визуализации; сложность технической реализации способа из-за использования в конструкции линий передачи сигналов, источника переменного напряжения в виде генератора многочастотного сигнала.The disadvantages of this method are: a narrow range of measured temperatures, due to the extreme operational capabilities of quartz piezoresonance sensors and connecting wires; low functionality and measurement accuracy due to the large thermal inertia of the sensors used, the spread of parameters and degradation, as well as the lack of visualization; the complexity of the technical implementation of the method due to the use in the design of signal transmission lines, an alternating voltage source in the form of a multi-frequency signal generator.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип метод регулярных оптических меток, позволяющий получать пространственное распределение температуры в выделенном сечении нагретого газового потока, путем управляемого ввода в исследуемое сечение газового потока карбидкремниевого многоэлементного зонда с излучающими площадками круглой формы и работающего по принципу косвенного подогрева, регистрации матричным фотоприемником в видимом спектральном диапазоне длин волн λэ=0,6…0,72 мкм регулярного яркостного контраста, который создают излучающие площадки, и последующего измерения (расчета) по известному алгоритму яркостных температур излучающих площадок, значения которых принимаются за температуры исследуемого газового потока (см. Селезнев Б.И., Карачинов Д.В., Карачинов В.А., Торицин С.Б. Метод регулярных оптических меток в пирометрии нагретых газовых потоков. // Оптический журнал, 2006, т. 73, №5, с.69-70).Closest to the proposed invention is the prototype method of regular optical marks, which allows to obtain the spatial temperature distribution in the selected section of the heated gas stream by controlled introduction of a carbide-silicon multi-element probe into the studied section of the gas stream with radiating areas of a circular shape and working on the principle of indirect heating, registration photoreceiver matrix in the visible spectral range of wavelengths λ e = 0,6 ... 0.72 microns to regular luma ntrast, which is created by emitting sites, and subsequent measurement (calculation) according to the well-known algorithm of brightness temperatures of emitting sites, the values of which are taken as the temperatures of the studied gas flow (see Seleznev B.I., Karachinov D.V., Karachinov V.A., Toricin SB Method of regular optical marks in the pyrometry of heated gas flows. // Optical Journal, 2006, v. 73, No. 5, pp. 69-70).

Недостатком данного способа является узкий диапазон измеряемых температур газового потока, в частности невозможность измерения пространственного распределения температуры газа с абсолютными значениями менее 700°C из-за слабого яркостного контраста излучающих площадок карбидкремниевого многоэлементного пирометрического зонда, значение которого на эффективной длине волны регистрации оптического излучения λэ=0,6…0,72 мкм оказывается ниже порога чувствительности матричного фотоприемника.The disadvantage of this method is the narrow range of the measured gas flow temperatures, in particular the impossibility of measuring the spatial distribution of the gas temperature with absolute values less than 700 ° C due to the low brightness contrast of the emitting areas of the silicon carbide multi-element pyrometric probe, the value of which at the effective wavelength of optical radiation detection λ e = 0.6 ... 0.72 μm is below the sensitivity threshold of the matrix photodetector.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение температурного диапазона измерения пространственного распределения температуры газа в область температур менее 700°C за счет изменения эффективной длины волны регистрации матричным фотоприемником регулярного яркостного контраста, который создают излучающие площадки многоэлементного пирометрического зонда.The objective of the proposed technical solution is to expand the temperature range for measuring the spatial distribution of gas temperature in the temperature range of less than 700 ° C by changing the effective wavelength of registration of a regular photodetector array with a regular photodetector, which is created by the emitting areas of a multi-element pyrometer probe.

Технический результат заявляемого решения выражен в расширении температурного диапазона измерения пространственного распределения температуры газа в область температур менее 700°C за счет того, что регистрация матричным фотоприемником регулярного яркостного контраста, который создают излучающие площадки многоэлементного пирометрического зонда, осуществляется на эффективной длине волны инфракрасного (ИК) диапазона соответствующего окна прозрачности атмосферы (среды) (см. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение. - М.: Мир, 1988, 416 с.). В ИК-диапазоне коэффициент излучения карбида кремния значительно выше, чем в видимом диапазоне (см. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник. / Под ред. А.И.Шейндлина. - М.: Энергия, 1974, с.377), поэтому при температурах газового потока ниже 700°C имеется техническая возможность регистрации яркостного контраста излучающих площадок многоэлементного зонда и последующего расчета яркостных (действительных) температур (см. Пореев В.А., Пореев Г.В. Экспериментальное определение температурного диапазона телевизионного пирометра. // Оптический журнал. 2004, т. 71, №1. С.70). Коме того, проведение пирометрических измерений в окнах прозрачности атмосферы позволяет существенно уменьшить методическую погрешность, обусловленную процессами поглощения проходящего через среду теплового излучения (см. Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. - М.: Наука, 1982, с.33-39).The technical result of the proposed solution is expressed in expanding the temperature range for measuring the spatial distribution of the gas temperature in the temperature range of less than 700 ° C due to the fact that the registration of the matrix photodetector regular brightness contrast, which create the emitting area of the multi-element pyrometric probe, is carried out at the effective wavelength of infrared (IR) the range of the corresponding window of transparency of the atmosphere (environment) (see Gossorg J. Infrared thermography. Fundamentals, technology, application s -. M .: Mir, 1988, 416).. In the infrared range, the emissivity of silicon carbide is much higher than in the visible range (see Radiative properties of solid materials. Handbook. / Ed. By A.I. Sheindlin. - M .: Energy, 1974, p. 377), therefore, at gas flow temperatures below 700 ° C, it is technically possible to register the luminance contrast of the emitting areas of a multi-element probe and then calculate the luminance (real) temperatures (see Poreev V.A., Poreev G.V. Experimental determination of the temperature range of a television pyrometer. // Optical cue journal. 2004, v. 71, No. 1. P.70). In addition, carrying out pyrometric measurements in the transparency windows of the atmosphere can significantly reduce the methodological error caused by the absorption of thermal radiation passing through the medium (see Light D.Ya. Optical methods for measuring true temperatures. - M .: Nauka, 1982, p. 33- 39).

Для решения поставленной задачи предложен способ измерения пространственного распределения температур в нагретом газовом потоке по методу регулярных оптических меток путем управляемого ввода в исследуемое сечение газового потока карбидкремниевого многоэлементного зонда с излучающими площадками круглой формы, численные значения яркостных температур которых принимают за температуры исследуемого газового потока и измеряют с помощью известного алгоритма по величине регистрируемого матричным фотоприемником их яркостного контраста, при этом регистрация матричным фотоприемником регулярного яркостного контраста осуществляют на эффективной длине волны инфракрасного (ИК) диапазона соответствующего окна прозрачности атмосферы (среды).To solve this problem, a method is proposed for measuring the spatial distribution of temperatures in a heated gas stream by the method of regular optical marks by controlled input of a carbide-silicon multi-element probe with circular radiating pads into the gas flow section under study, the numerical values of the brightness temperatures of which are taken as the temperatures of the gas stream under study and measured with using the well-known algorithm for the magnitude of their brightness contrast recorded by the matrix photodetector while registering the matrix photodetector of regular brightness contrast is carried out at the effective wavelength of the infrared (IR) range of the corresponding window transparency of the atmosphere (environment).

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа.Figure 1 shows a device for implementing the method.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:In the drawing and in the text, the following notation:

1 - сечение исследуемого газового потока;1 - section of the investigated gas flow;

2 - многоэлементный пирометрический зонд;2 - multi-element pyrometric probe;

3 - излучающие площадки;3 - radiating pads;

4 - устройство ввода пирометрического зонда в газовый поток (позиционер);4 - a device for introducing a pyrometric probe into a gas stream (positioner);

5 - видеокамера;5 - video camera;

6 - система входного объектива;6 - input lens system;

7 - селективный оптический фильтр;7 - selective optical filter;

8 - матричный ИК-фотоприемник;8 - matrix IR photodetector;

9 - канал связи;9 - communication channel;

10 - персональный компьютер,10 - personal computer

11 - контроллер позиционера.11 - positioner controller.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В исследуемое сечение нагретого газового потока (1) с помощью системы позиционера (4), (11) помещают карбидкремниевый многоэлементный зонд (2), который за счет теплообмена с газовым потоком нагревается и излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне длин волн. Система входного объектива (6) и селективный оптический фильтр (7) видеокамеры (4) проецируют на эффективной длине волны в выбранном окне прозрачности атмосферы на матричном фотоприемнике (8) регулярный яркостный контраст (изображение) излучающих площадок (3) зонда (2).A silicon carbide multi-element probe (2) is placed in the studied cross section of the heated gas stream (1) using a positioner system (4), (11), which is heated and radiates thermal energy in the infrared wavelength range due to heat exchange with the gas stream. The input lens system (6) and the selective optical filter (7) of the video camera (4) project regular brightness contrast (image) of the emitting areas (3) of the probe (2) at the effective wavelength in the selected atmospheric transparency window (8).

Сигнал с матричного фотоприемника (8), пропорциональный яркости излучающих площадок (3) зонда (2), после преобразования в видеокамере (5) через канал связи (9) поступает в персональный компьютер, где с целью определения (расчета) температур излучающих площадок (3) обрабатывается по алгоритму, приведенному в прототипе.The signal from the matrix photodetector (8), proportional to the brightness of the emitting areas (3) of the probe (2), after conversion in the video camera (5) through the communication channel (9), enters a personal computer, where, in order to determine (calculate) the temperatures of the emitting areas (3) ) is processed according to the algorithm given in the prototype.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:Thus, the present invention allows:

- расширить температурный диапазон измерения пространственного распределения температуры газа;- expand the temperature range for measuring the spatial distribution of gas temperature;

- уменьшить методическую погрешность измерения пространственного распределения температуры газа;- reduce the methodological error of measuring the spatial distribution of gas temperature;

- расширить области применения метода.- expand the scope of the method.

Claims (1)

Способ измерения пространственного распределения температуры газа по методу регулярных оптических меток, включающий управляемый ввод в исследуемое сечение газового потока карбид кремниевого многоэлементного зонда с излучающими площадками круглой формы и измерение сигнала с матричного фотоприемника, пропорционального яркости излучающих площадок, который обрабатывается по известному алгоритму в значения яркостных температур излучающих площадок, и которые принимают за температуру исследуемого газового потока, отличающийся тем, что регистрацию матричным фотоприемником сигнала, несущего информацию о регулярном яркостном контрасте, созданным карбид кремниевым многоэлементным зондом, осуществляют на эффективной длине волны инфракрасного (ИК) диапазона соответствующего окна прозрачности атмосферы (среды). A method for measuring the spatial distribution of gas temperature by the method of regular optical marks, including the controlled introduction of a silicon carbide multi-element probe with circular emitting pads into the gas flow section under study and measuring the signal from the photodetector matrix, which is proportional to the brightness of the emitting pads, which is processed according to the known algorithm to the values of brightness temperatures radiating sites, and which are taken as the temperature of the investigated gas flow, characterized in that registration matrix photodetector signal carrying information about the regular luminance contrast created silicon carbide multi-element probe, is carried out in an effective wavelength infrared (IR) range corresponding window transparency atmosphere (gauge).
RU2010154349/28A 2010-12-29 2010-12-29 Method of measuring spatial distribution gas temperature RU2466362C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010154349/28A RU2466362C2 (en) 2010-12-29 2010-12-29 Method of measuring spatial distribution gas temperature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010154349/28A RU2466362C2 (en) 2010-12-29 2010-12-29 Method of measuring spatial distribution gas temperature

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010154349A RU2010154349A (en) 2012-07-10
RU2466362C2 true RU2466362C2 (en) 2012-11-10

Family

ID=46848212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010154349/28A RU2466362C2 (en) 2010-12-29 2010-12-29 Method of measuring spatial distribution gas temperature

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2466362C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648306C1 (en) * 2016-11-22 2018-03-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Thermal micro system on the semiconductor basis
RU2649071C1 (en) * 2016-12-16 2018-03-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Universal microsystem based on silicon carbide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097938C1 (en) * 1994-01-27 1997-11-27 Государственное предприятие "Научно-производственное объединение "Орион" Heat detector
RU2247339C2 (en) * 2003-02-19 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method and device for measuring emissive power of inner surfaces of non-uniformly heated space
RU2338166C1 (en) * 2007-01-29 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" Method for luminance temperature measurement
UA44416U (en) * 2009-01-20 2009-10-12 Одесский Национальный Университет Имени И.И.Мечникова Method for determination of local brightness temperature in separate points of hot body and disctibution of brightness temperature by surface of hot body

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097938C1 (en) * 1994-01-27 1997-11-27 Государственное предприятие "Научно-производственное объединение "Орион" Heat detector
RU2247339C2 (en) * 2003-02-19 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method and device for measuring emissive power of inner surfaces of non-uniformly heated space
RU2338166C1 (en) * 2007-01-29 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" Method for luminance temperature measurement
UA44416U (en) * 2009-01-20 2009-10-12 Одесский Национальный Университет Имени И.И.Мечникова Method for determination of local brightness temperature in separate points of hot body and disctibution of brightness temperature by surface of hot body

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Селезнев Б.И., Карачинов Д.В., Карачинов В.А., Торицин С.Б. Метод регулярных оптических меток в пирометрии нагретых газовых потоков. - Оптический журнал, 2006, т.73, №5, с.69-70. Колючкин В.Я., Мосягин Г.М. Тепловизионные приборы и системы. Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э.Баумана в качестве учебного пособия. - Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002, с.5, 17 (найдено 20.10.2011). Найдено в Интернет: <URL http://dimonchiks1.narod.ru>…sem/Kolyuchkin/teploviz.pdf. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648306C1 (en) * 2016-11-22 2018-03-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Thermal micro system on the semiconductor basis
RU2649071C1 (en) * 2016-12-16 2018-03-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Universal microsystem based on silicon carbide

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010154349A (en) 2012-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Intensity-ratio and color-ratio thin-filament pyrometry: Uncertainties and accuracy
US7422365B2 (en) Thermal imaging system and method
US9664567B2 (en) Method and apparatus for measuring rail surface temperature
Rodiet et al. Optimal wavelengths obtained from laws analogous to the Wien’s law for monospectral and bispectral methods, and general methodology for multispectral temperature measurements taking into account global transfer function including non-uniform emissivity of surfaces
Honnerová et al. Uncertainty determination in high-temperature spectral emissivity measurement method of coatings
JP6338144B2 (en) Infrared imaging device
Svatoš et al. Precise determination of thermal parameters of a microbolometer
RU2466362C2 (en) Method of measuring spatial distribution gas temperature
CN105806491A (en) Three-wavelength two-dimensional temperature field measuring device and method
Kappagantula et al. Determination of the spatial temperature distribution from combustion products: a diagnostic study
RU2664969C1 (en) Laser radiation with structural materials interaction parameters examination test bench
Levick et al. A fibre-optic based laser absorption radiation thermometry (LART) instrument for surface temperature measurement
Zhang et al. An innovative technique for real-time adjusting exposure time of silicon-based camera to get stable gray level images with temperature evolution
Morikawa et al. Thermal imaging of micro-structured polymers with high-speed infrared camera
JP2004045306A (en) Method and instrument for measuring emissivity distribution
Hain et al. The use of infrared radiation in measurement and non-destructive testing
Zhang et al. Overview of radiation thermometry
JP6114960B2 (en) Temperature measurement method and apparatus using temperature-sensitive liquid crystal
Zhang et al. Application of silicon-based camera for measurement of non-homogeneous thermal field on realistic specimen surface
Zhang et al. A novel approach to control gray level of image invariant during near infrared thermography
Zhang et al. Non-contact measurement of thermal field at high temperature using a single silicon based sensor camera
Moulouel et al. Measurement of air temperature fields in radiative environments using optical fibers
Möllmann et al. IR imaging of microsystems: Special requirements experiments and applications
Liu et al. Experimental apparatus for simultaneous measurement of temperature and emissivity at medium-high temperature
RU2597937C1 (en) Method of measuring integral radiating ability by direct laser heating (options)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131230