Комбінований спосіб радіаційної пірометрії

Номер патенту: 63080

Опубліковано: 15.01.2004

Автор: Луданов Костянтин Іванович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб радіаційної пірометрії, що здійснюється шляхом вимірювання інтенсивності часткової радіації  від випромінюючої поверхні, який відрізняється тим, що додатково проводять вимірювання інтенсивності сумарного випромінювання , а істинну температуру випромінюючої поверхні  та ступінь її чорноти  визначають за формулами:

де Fq - доля часткового випромінювання в спектрі сумарної радіації, ;

Eq - інтенсивність часткового випромінювання поверхні, ;

- випромінююча здатність АЧТ;

*- інтенсивність сумарної радіації від випромінюючої поверхні,

;

 - гранична довжина хвилі світлофільтра, мм,

b - стала Віна,

 - стала апроксимації,  = 1,018;

TR - радіаційна температура випромінюючої поверхні, , К.

Текст

Винахід відноситься до галузі радіаційної пірометрії і може бути використаний при визначенні істинної температури випромінюючої поверхні Тіст та її ступеню чорноти e (Т). Відомий спосіб радіаційної пірометрії визначення «температури сумарного випромінювання» (радіаційної температури Т R), який використовують для оцінки істинної температури випромінюючої поверхні: TR = 4 (Eµ / s0 ) , ¥ де Eµ - сумарна інтенсивність випромінювання поверхні, Еµ = e ò e( lT)dl, 0 e - ступінь чорноти поверхні при Т іст, Тіст /4e (Т.Р.Гаррисон «Радиационная пирометрия», М.: - істинна температура випромінюючої поверхні, Ticт = ТR Мир, 1964). Однак у загальному випадку при пірометричному вимірюванні температур значення e невідомо, тому для визначення Тіст необхідно використання фізичних моделей АЧТ (моделей абсолютно чорного тіла у формі порожнини), ступінь чорноти яких e ® 1 , при цьому TR ® Тіст. У цьому випадку методична похибка вимірювання 4 температури dT = ( Tіст - TR ) / Tіст = 1- e все ,ж достатньо велика, що є основним недоліком способу-аналога. Найбільш близьким по технічної суті та досягаемому результату до заявленого є спосіб радіаційної пірометрії по визначенню «температури часткової радіації» Tq, який використовують для оцінки істинної температури випромінюючої поверхні: 1 éE g lg 4 ù Eg C Tg = ( 2 -) × P ê ( ) ú ; T =( ) p , lg s 0 C2 ú іст s 0 ê ë û де р - показник кореню, р>4 (р = 8¸12), встановлюється калібруванням пірометра, s0 - постійна Стефана-Больцмана, lq Eq = e ò e( lT )dl; 0 Еq - інтенсивність часткової радіації, la - гранична довжина хвилі світлофільтра, мм; С2 - Друга постійна закону Планка. Оскільки в загальному випадку величина ступеню чорноти випромінюючої поверхні e невідома, то знову ж, при оцінці Тіст використовують моделі АЧТ, ступінь чорноти яких e ® 1 , при цьому Tq®Тіст. Методична помилка p визначення Тіст цим способом значно нижче, ніж у способі-аналогу, оскільки dT = 1 - e , де р>4 (р=8¸12). Основним недоліком способу-прототипу є необхідність калібрування пірометра «часткової радіації» (тобто необхідність експериментального визначення величини р, значення якої залежить від граничної довжини хвилі l світлофільтру g (Д.Я.Свет «Оптические методы измерения истинных температур», М.: Наука, 1982, с.,56). В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу радіаційної пірометрії часткового випромінювання, в якому Проведенням додаткового вимірювання інтенсивності сумарного випромінювання забезпечується безпосереднє визначення істинної температури Тіст випромінюючої поверхні та ступеню її чорноти e за формулами і за рахунок цього виключається необхідність калібрування пірометра по моделі АЧТ. Поставлена задача вирішується тим, що в способі радіаційної пірометрії, що містить вимірювання інтенсивності часткової радіації E , згідно з винаходом додатково вимірюється інтенсивність сумарної радіації Еµ , а істинна q температура випромінюючої поверхні Тіст визначається за формулою: b 0,75 - (1 + k × 1n Тіст = ), lg 1 - Fg где Fq - доля енергії часткової радіації в спектрі сумарного випромінювання, lq Fq=Eq/Eµ; Еq - інтенсивність часткової радіації, Eq = e ò e( lT )dl; 0 ¥ E µ = e ò e( lT )dl; 0 Eµ - інтенсивність сумарної радіації, lg - гранична довжина хвилі світлофільтру, мм; b - постійна Віна, b=2,9 мм×К; k - постійна апроксимація, k=1,018. Крім того, згідно з винаходом, по інтенсивності сумарної радіації Еµ додатково визначають радіаційну температуру ТR, а ступінь чорноти випромінюючої поверхні визначають за формулою: T e = ( R )4 , Т іст ¥ E µ = e ò e( lT )dl. T = 4 Eµ / s 0 , 0 де ТR - радіаційна температура, R Такий спосіб радіаційної пірометрії забезпечує безпосереднє визначення істинної температури випромінюючої поверхні Тіст по формулі та виключає необхідність використання процедури калібрування пірометрів часткового випромінювання по моделях АЧТ. Більш того, обчислення радіаційної температури ТR на основі вимірювання інтенсивності сумарної радіації від випромінюючої поверхні Eµ забезпечує можливість додаткового визначення її ступеню чорноти e (Т), що додає способу нової якості - можливість спільного визначення двох фізичних величин Т іст та e . Пропозиція пояснюється таким чином: в «сірому» наближенні опису випромінювання реальних поверхонь відношення інтенсивності «часткової радіації» lq Eq = e ò e( lT )dl 0 ¥ до інтенсивності сумарного випромінювання E µ = e ò e( lT ) 0 не залежить від ступеню чорноти e випромінюючої поверхні (вона скорочується при діленні Eq/ Eµ) і є функцією тільки граничної довжини хвилі l g і температури поверхні Тіст. Таким чином, відношення Eq/Eµ для «сірого» наближення по суті є однією з функцій випромінювання АЧТ, вона називається долею енергії часткового випромінювання в сумарній енергії спектру АЧТ і позначається літерою F0 -lT . Ця функція затабульована (Р. Зигель и Дж, Хауэлл «Теплообмен излучением», М.: Мир, 1975, с. 829), тому що відображається через змінну l T дуже складно (степеневим рядом): F0 -lT = 1 15 4 p - u3 × ( 1 u u2 - + - ....), 3 8 60 де u = C2 / l T . Для функції, оберненої F0 -l T = f ( lT ) , аналітичного вираження поки що немає, навіть у вигляді степеневого ряду, тому автором знайдена така апроксимація оберненої функції для F0 -lT , що описує залежність lT = f -1(F0 - lT ) з достатнім для технічних вимірювань ступенем точності в інтервалі F0 -lT Î (0,2¸0,75), що відповідає області значень l T в діапазоні lT Î (2,70¸6,00) мм×К. Ця апроксимація має дуже простий вигляд: lT = b(1 + k × ln 0,75 ), 1 - F0 - lT F0 -lT - доля часткової радіації в сумарному спектрі випромінювання АЧТ; b - постійна Віна, b=2,9 мм×К; k - постійна апроксимація, k=1,018; l - гранична довжина хвилі, мм; Т - температура абсолютна, К. Якщо врахувати, що відношення Eq/ Eµ тотожньо дорівнює функції випромінювання АЧТ F0 -lT , то для істинної температури випромінюючої поверхні в «сірому» наближенні опису випромінювання реальних тіл можна написати наступну залежність Тіст від l q та Fq: b 0,75 Тіст = (1 + k × ln ). lg 1 - Fg Таким чином, проводячи два виміри інтенсивності радіації, що випромінює «сіра» поверхня: часткової радіації lq Eq (E q = e ò e(l T)dl ) 0 - з використанням світлофільтра, що має граничну довжину хвилі l q тa сумарної радіації ¥ E µ (E µ = e ò e( lT )d l ), для якої відношення Fq=Eq/Eµ знаходиться в діапазоні Fq Î (0,2¸0,75), що досягається відповідним підбором l q світлофільтра, за формулою для l T можна легко визначити істинну температуру випромінюючої поверхні. Крім того, додатково обчислюючи величину радіаційної температури Т R по інтенсивності сумарного 0 випромінювання 4 e = ( ТR / Тіст ) TR = 4E µ / s0 , можна визначити і ступінь чорноти випромінюючої поверхні e : . Таким чином, в способі посереднього визначення двох шуканих величин Т іст та e необхідно і достатньо провести два виміри - інтенсивності часткової Eq і сумарної Eµ радіації, що випромінює «сіра» поверхня при Тіст. Можливість аналітичного рішення системи двох рівнянь з двома невідомими Т іст та e , яка обумовлена вибором виду апроксімації залежності l T=f (Fq), дозволяє знайти для шуканих Тіст та e аналітичні формули, які таким чином є основою запропонованого способу радіаційної пірометрії, тому що дозволяють вирішити задачу винаходу. Заявлений спосіб радіаційної пірометрії забезпечує спільне визначення істинної температури випромінюючої поверхні Тіст та її ступеню чорноти e (Т), причому без проведення процедури калібрування радіаційного пірометра по моделях абсолютно чорного тіла.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Combined method of radiation pyrometry

Автори англійською

Ludanov Kostiantyn Ivanovych

Назва патенту російською

Комбинированный способ радиационной пирометрии

Автори російською

Луданов Константин Иванович

МПК / Мітки

МПК: G01J 5/00

Мітки: комбінований, спосіб, радіаційної, пірометрії

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/2-63080-kombinovanijj-sposib-radiacijjno-pirometri.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Комбінований спосіб радіаційної пірометрії</a>

Подібні патенти