Способ измерения температуры

 

0 П,C: ::,Ö." Е

И 3 О Б Р Е Т Е ЙИ Я

Союз Советских

Социалистических

Республик

763698

° .Ф

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 191277 (21) 2555908/18-25 с

{51)М. Кл.З с присоединением заявки йо (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

G 01 J 5/02

Опубликовано 150980. Бюллетень М 34

Дата опубликования описания 150980

{53) УДК 536.52 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения

Б.Б.Раицевич и 3.П.Козловский

Отдел физики нераэрушающего контроля

AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЭМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

f0

Известен способ измерения темпера-, туры объектов, находящихся в ярисутствии посторонних источников теплового излучения, например, в отражательной печи, заключающейся в том, 15 что контролируемый образец на время измерений закрывают экраном с двумя отверстиями, через одно иэ которых . образец нагревают излучением печи,через другое, расположенное с тыльной не-2О освещенной стороны, измеряют температуру образца яркостным пирометром, для выравнивания температуры образец при измерениях вращают вокруг его оси (1j . 25

Недостаток известного способа . состоит в том, что он непригоден для измерения температуры объектов, имеющих большие габариты, сложную конфигурацию, поскольку требуется закры- Зп

Цель изобретения — повышение точности измерений температуры объектов, находящихся в присутствии посторонних тепловых источников.

Это достигается тем, что дополни,тельно на фотоприемник в противофазе направляют часть потока излучения от постороннего источника и по .полученному раэностному сигналу определяют температуру объекта. В

Изобретение относится к радиациойной пирометрии, к бесконтактным измерениям температуры объектов, находящихся в присутствии посторонних источников теплового излучения, например, находящихся в полостй, имеющей температуру, значительно превышающую температуру объекта. вать объект экраном и вращать, кроме того, экран снижает скорость нагрева.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения температуры, заключающийся в том, что поток эффективного излучения объекта направляют с помощью оптической системы на фотоприемник и по величине сигнала фотоприемника определяют температуру объекта (21.

Недостаток известного способа состоит в том, что он дает значительные погрешности, так как на результаты измерений сильное влияние оказывает излучение стенок печи, отражен-. ное от объекта, и вамеренная таким образЬм температура может значительно превышать истинную.

763698

©ore> то есть Ф», = Ф„,, тогда из (3) .и (4) получаем

t 2 » Ро ou (8)

Подставляя (8) в (7) получаем т =т - е.

Таким образом исключена погрешность, вызванная излуЧением постороннего источника, отраженного от объекта.

Требуемая часть потока постороннего источника Ф», = Ф может быть отр выделена непосредственно.от потока прямого излучения источника, однако наибольшая точность будет получена, если ее выделить из потока излучения постороннего источника, отраженного от холодной пластинки, которую предварительно размещают вблизи контролируемого объекта. При диффузном характере отражения от пластинки соотношение (4) примет вид:

" =о Pg Рпл »» пли -и" ти i где» вЂ” коэффициент отражения пласпл тинки, 25 Van„ — угловой козффициент излучения.

Тогда

Фсоь (3»Ео (2)

Фо р P» Popo J>p t t(3 ) где В, — геометрический коэффициент, характеризующий оптическую систему, направляющую эффективное излучение объекта на фотоприемник", Ео,С степень черноты поверхностей соответственно объекта и постороннего источника, коэффициент отражения объекта po=<-Eo

), — энергетические яркости абсо» о» ти лютно черного тела АЧТ, соответственно при температурах объекта и постороннего источника 35 (poU — угловой коэффициент излучения.

Направим, кроме того, на фотоприемник часть потока излучения постороннего источника Фц . Сигнал- фотоприем-, ника от этого потока 40

02 = а ° Ф„= а Р Еи:З„,и, (4) где (3z- коэффициент, характеризующий оптическую систему, выделяющую и направляющую часть потока излучения постороннего источника. Разностный сигнал

"="» "2=0(A» o)то P<>olg

Р

Если обеспечить Ф = Ф тогда

OT P

Ь Ро<оц 2

Рпл вопли

+ I » O " то

50, U = а(Ь J (6)

Приравнивая (5) и (6) и переходя от яркостей к абсолютным температурам, пользуясь, например, законом Стефана" $5

Вольц) »ана. получаем формулу для "кажущефря" радиациойной температуры: (,1,7) 7р о

Если из потока излучения постороннего источника выделена часть Фо, равиая потоку, отраженному от объекта 65 частном случае дополнительно выделяют и направляют на фотоприемник часть потока излучения постороннего источника, равную потоку излучения, отраженному от объекта, полученный сигнал вычитают из сигнала, обусловленного эффективным излучением объекта.

Сущность способа вытекает из следующих теоретических положений.

Сигнал приемника пропорционален сумме попадающего на него потоков собственного излучения объекта Ф

СОБ и отраженного от объекта излучения постороннего источника Ф отр

О» = а(Ф + Фыр) где a — коэффициент зависящий от свойства приемника. Для серых диффузных тел

Сигнал при градуировке по АЧТ

В том случае .р E (12)

Равенство - Фц — — Ф„устанавливают отр при одной из известных температур объекта, изменяя величину Р до тех пор, пока разностный сигнал приемника не станет равным сигналу при отсутствии постороннего источника. При этом будет выполняться равенство ((» ОЗТО р РО%ц еuтто I a пл@пли»=-и " тц) Отсюда следует, .что таким образом л PoVou (13) ("пл » пли

Такое значение (, как следует из (10), обеспечивает отстройку от влияния постороннего источника на результаты измерений. Точность измерений существенно повышается. Причем эта отстройка сохраняется при любой температуре объекта и источника.

На чертеже представлена схема измерений, поясняющая пример конкретной реализации способа.

Поток эффективного излучения объекта I, равный сумме потоков собственного теплового излучения 2 и

;отраженного излуЧения 3, направляют с

Формула изобретения (14) помощью оптической системы 4 на фотоприемник 5, дополнительно выделяют и направляют с помощью оптической системы 6 на фотоприемник 5 часть потока излучения 7 постороннего источника

8, равную патоку излучения 3, отраженному от объекта. Часть потока 7 получают от холодной отражающей пластинки 9, которую предварительно размещают вблизи контролируемого объекта. Полученный сигнал вычитают из, сигнала, обусловленного эффективным излучением объекта. По величине результирующего сигнала определяют температуру объекта.

Равенство частей потоков излучения постороннего источника 3 и 7, от- 35 раженных от объекта и пластинки и попадающих на фотоприемник, устанавливают при одной из известных температур объекта, например, при комнатной, ослабляя часть потока 7, отра- 3) женную от пластинки до тех пор, пока разностный сигнал с приемника не станет равным сигналу при отсутствии гостороннего источника.

При реализации способа в качестве основы оптических систем 4 и 6 использованы световоды, ослабление части потока 7 осуществлялось в оптической системе 6 с помощью диафрагмы, вычитание сигналов осуществлялось благодаря противофазной модуляции потоков, попадающих на фотоприемник,по двум световодам.

Реализация данного способа может быть также осуществлена с применением линзовой или зеркальной оптики.з5

Преимущество предлагаемого способа перед известным состоит в повышении точности измерения температуры объектов в присутствии посторонних тепловых источников. 40

При измерениях-по известному способу, по эффективному излучению объекта, измеряемая, радиационная температура, равна

Как показано выше, измеряемая по предлагаемому способу радиационная температура главна

Расчет, проведенный по формулам (14) и (16) для случая Т„ = 600 К, Т=1200 К, 1 о =0.8i ц = 1 о = 0i5 ° p> = 1-Е„-0 2> показывает, что измеренная по известному способу температура равна 746 К, измеренная по предлагаемому способу температура равна 567 К. Учитывая, что истинная температура объекта

T = 600 К, получаем, что погрешность измерения по известному способу о равна 146 К, по предлагаемому способу 33 К.

Таким образом, точность измерений температуры объектов в присутствии посторонних тепловых источников по предлагаемому способу существенно выше, чем по известному способу. В результате использования изобретения будет повышена точность измерений температуры объектов в присутствии электрической дуги (при сварке), объектов, находящихся в нагревательной печи, и т.д. Это позволит повысить качество выпускаемой продукции, снизить процент брака, связанного с нарушением режимов термообработки, автоматизировать некоторые процессы нагрева, электросварки и т.д.

1. Способ измерения температуры в присутствии посторонних источников излучения, заключающийся в том, что поток энергии излучения от объекта направляют с помощью оптической системы на фотоприемник и по величине сигнала фотоприемника определяют температуру объекта, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры объекта, дополнительно на фотоприемник в противофазе направляют часть потока излучения от постороннего источника и по полученному разностному сигналу определяют температуру объекта.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что часть потока йзлучения от постороннего источника устанавливают равной отраженной час-ти потока излучения от объекта.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . причем при обеспечении по предлагаемому способу равенства (13) измеряемая твмпература

1. Авторское свидетельство СССР

;Р 393619, кл. G 01 J 5/00, 1972.

2. Ключников A.Ä.è Иванцов Г.П.

Теплопередача излучением в огнетех.нических установках. М., "Энергия", 1970, с. 63.

7 6.,36 98

Составитель В. Эуев

Текред И. Асталом: Корректор С. Шекмар .

Редактор Г. Нечаева

Филиал ПЛП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6269/35 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5