Способ измерения температуры

Союз Советских СоциалистическиРеспублик 30 о 11 76 8 АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53)М. Кл 18-25 01 1 5/О Госуд веииыи ко СССР м изобрет открытий мите о 150980. Бюллетень Мо 34 ий о де(0888) Дата опубликования описания 15098 72) Авторы изобретен В. Б. Раицевич.П.Козловски 1) Заяв,ител тдел Физики нераэрушающего контрол АН Белорусской ССР 54) СПОСОБ ИЭМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ионнахо априейающую 0 О Изобретение относится к радиацной пирометрии, к бесконтактнымизмерениям температуры объектов,дящихся в присутствии постороннихисточников теплового излучения, нмер, находящихся в полостй, имеющтемпературу, значительно превыштемпературу объекта. Известен способ измерения темпера-, туры объектов, находящихся в ярисутствии посторонних источников теплового излучения, например, в отражательной печи, заключающейся в том, 1 что контролируемый образец на время измерений закрывают экраном с двумя отверстиями, через одно иэ которых . образец нагревают излучением печи,че" реэ другое, расположенное с тыльной неосвещенной стороны, измеряют температуру образца яркостным пирометром, для выравнивания температуры образец при измерениях вращают вокруг его оси 11 . 2Недостаток известного способа состоит в том, что он непригоден для измерения температуры объектов, имеющих большие габариты, сложную конфигурацию, поскольку требуется закры вать объект экраном и вращать, крометого, экран снижает скорость нагреваНаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является способ измерения температуры, заключающийся в том, что поток эффективногоизлучения объекта направляют с помощью оптической системы на фотоприемник и по величине сигнала Фотоприемника определяют температуруобъекта 21.Недостаток известного способасостоит в том, что он дает значительные погрешности, так как на результаты измерений сильное влияние оказывает излучение стенок печи, отражен-,ное от объекта, и вамеренная такимобразЬм температура может значительно превышать истинную,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. В763698 Ф то есть Фц = Ф тогда из (3)и (4 ) получаемРо фоц (8)Подставляя (8) в (7) получаемт:т,- е.Таким образом исключена погрешность,вызванная излуЧением постороннегоисточника, отраженного от объекта.Требуемая часть потока постороннего источника Фц = Ф может бытьотрвыделена непосредственно.от потокапрямого излучения источника, однаконаибольшая точность будет получена,если ее выделить из потока излучения постороннего источника, отраженного от холодной пластинки, которуюпредварительно размещают вблизи контролируемого объекта. При диФФузномхарактере отражения от пластинкисоотношение (4) примет вид:2 Р 2 Рпл вопли и "ти(9)где - коэФФициент отражения пласплтинки25 и - угловой козффициент излучения.Тогда Фсоь (ЪЕского (2)фотр= (оРОЧОи Э ги (3)гдеВ, - геометрический коэффициент,характеризующий оптическуюсистему, направляющую эффективное излучение объекта нафотоприемникЕ,Яц- степень черноты поверхностейсоответственно объекта и постороннего источника,РО- коэффициент отражения объекта РО= О ЗО1 ,- энергетические яркости аТо тилютно черного тела АЧТ,ветственно при температуобъекта и постороннего источника 35- угловой коэффициент излучения.Направим, кроме того, на фотоприемник часть потока излучения постороннего источника Фц . Сигнал фотоприем-,ника от этого потока 4002 = аФ= а Ъ ЯцЗт(4)где Д 2 - коэффициент, характеризующийоптическую систему, выделяющую и направляющую часть потока излученияпостороннего источника. Разностныйсигнал= ЦЦ 2=О(Ро:) Р Ро ЧОЛЕи,-2 цт,Д5) еспечить Ф = Ф ц о Рч Рм 12 РплРплиЕсл соот- рах д В том лучае бразо ОтсюО. овке по А игнал и Ф Приравни яркостей польэуяс ая (5) и (6)к абсолютнымнапример,получаем фрадиациойной,1 и переходя оттемпературам, аконом Стефана ормулу для "катемпературы: ц н жущейюяр о Если из пот го источникная потоку,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 ФСОБ и отраженного от объекта излучения постороннего источника Фотра (фсО,+ ФЬгде о - коэффициент. зависящий от свойства приемника. Для серых диффузных тел а излучения посторонневыделена часть Фо, равраженному от объекта т:т (12)Равенство - Фц = Ф устанавливаютотопри одной из известных температур объекта, изменяя величину 2 до тех пор, пока разностный сигнал приемника не станет равным сигналу при отсутствии постороннего источника. При этом будет выполияться равенствоь О(ТО РООцц 1 тц (2 Рплпли ц тц)с (-о "т,да следуетчто таким о мЛ"ОРоц2 = (13)("пл воплиТакое значение (2, 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 1, равный сумме потоков собственного теплового излучения 2 и ,отраженного излуЧения 3, направляют сФормула изобретения 7 =Т Как показано предлагаемому с температура оав ая п иная ыше, измеряемсобу радиаци помощью оптической системы 4 на фото- приемник 5, дополнительно выделяют и направляют с помощью оптической системы б на Фотоприемник 5 часть потока излучения 7 постороннего источника 8, равную потоку излучения 3, отраженному от объекта. Часть потока 7 получают от холодной отражающей пластинки 9, которую предварительно размещают вблизи контролируемого объек. та. 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 раженных от объекта и пластинки и попадающих на Фотоприемник, устанавливают при одной из известных температур объекта, например, при комнатной, ослабляя часть потока 7, отра- Щ женную от пластинки до тех пор, пока разностный сигнал с приемника не станет равным сигналу при отсутствии постороннего 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.з 5Преимущество предлагаемого способа перед известным состоит в повышении точности измерения температуры объектов в присутствии посторонних тепловых источников. 40При измерениях по известному способу, по эффективному излучению объекта, измеряемая, радиационная температура, равна Расчет, проведенный по формулам (14) и (16) для случая Т = 600 К, Т=1200 К, 1 р =0 к 8 Г ц = 1 гр = г ю/эо = 1-Ео =02 у показывает, что измеренная по известному способу температура равна 746 К, измеренная по предлагаемому способу температура равна 567 К, Учитывая, что истинная температура объекта Т = 600 ОК, получаем, что погрешность измерения по известному способуоравна 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 - щ и й с я 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 - щ и й с я тем, что часть потока излучения от постороннего источника устанавливают равной отраженной час.ти потока излучения от объекта. Источники информации,нятые во внимание при экспертизепримомумая Теплопе нически 1970, с м при обес способу ра Вмпература И) чении по предлагаенства (13) измеряе Авторс 3619, кл Ключни редач х уст63.763698 Составитель В. ЭуевТехред И. Асталош 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, Ж, Раушская наб., д. 4/5