RU2466362C2 - Method of measuring spatial distribution gas temperature - Google Patents
Method of measuring spatial distribution gas temperature Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
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)
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)
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)
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 |
-
2010
- 2010-12-29 RU RU2010154349/28A patent/RU2466362C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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)
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)
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 |