Спосіб вимірювання температури

Спосіб вимірювання температури, що складається з вимірювання двох умовних (трикольорових або більш високих порядків) температур, розрахунку по першому та (або) другому значеннях(ню) виміряних умовних температур характеристичної 3 63755 його використанні для світловодної термометрії неможливо одержати значне відхилення виміряних умовних температур від поправки на гістерезис, внаслідок подібності випромінювання світловоду до циліндричної моделі абсолютно чорного тіла та досягти необхідної чутливості методу. В основу даного способу поставлено задачу підвищення точності світловодного температурного контролю об'єктів з температурною динамікою, яка зумовлює появу температурного гістерезису яскравості випромінювання імерсійного світловоду. Поставлена задача вирішена тим, що у способі вимірювання температури, що складається з вимірювання двох умовних (трикольорових або більш високих порядків) температур, розрахунку по першому та (або) другому значеннях(ню) виміряних умовних температур характеристичної температури випромінювання, розрахунку відхилення першої або другої умовної температури від характеристичної та визначення по ньому температурної поправки через попередньо розраховану залежність, відповідно до корисної моделі, довжини налагоджуваних хвиль обираються наближеними до критичної налагоджуваної довжини хвилі, а крайові довжини хвиль для цих двох вимірювань співпадають, при цьому залежність температурної поправки від відхилення розраховують, виходячи з апріорної інформації про випромінювальні властивості світловоду в робочому температурному та спектральному діапазонах. Спосіб вимірювання температури реалізується таким чином. Обираються довжини робочих 1,2  та налагоджуваної хвилі н  . При цьому налагоджувані хвилі обираються близькими до критичної довжини налагоджуваної хвилі н.кр   для забезпечення необхідної чутливості методу, за умови 1  н.кр  н  2 . Оскільки випромінювання імерсійних світловодів близьке до випромінювання циліндричної моделі абсолютно чорного тіла відхилення еквівалентного коефіцієнта випромінювання від одиниці буде незначним і значення кольорових температур різних порядків бу 4 дуть близькими між собою, що неприйнятно для даного методу. Далі вимірюються дві температури випромінювання: триколірна S3к  та характерис тична S х  , які за умови термодинамічно рівноважного стану об'єкта будуть рівні між собою. Але за наявності температурного гістерезису яскравості випромінювання світловода - явища, що виникає внаслідок різкого змінення температури імерсійного кінця відносно стабілізованого стану - температури S3к та S х будуть різнитися між собою, внаслідок тимчасового ненормального перерозподілу температур по поверхні світловоду: х  S3к  Sх . За значенням цієї різниці можна визначити ширину петлі температурного гістерезису та ввести необхідну поправку   у результат вимірювання. Значення поправки визначається за попередньо розрахованою, виходячи з апріорної інформації про об'єкт контролю, градуювальною характеристикою   f  х  . Цю характеристику обчислюють за допомогою запропонованої математичної моделі яскравості циліндричних світловодів, яка наведена нижче. Сумарне випромінювання на виході світловоду формується власним та відбитим (у тому числі перевідбитим) випромінюванням нагрітих поверхонь імерсійного кінця та бокових поверхонь. Для умовно заданого розподілу температур по довжині світловоду умовно встановлюються квазіізотермічні зони, в яких температура та яскравість вважаються сталими. Для цих зон визначаються значення ефективних температур випромінювання, виходячи із робочого температурного діапазону об'єкта контролю. Емпірично встановлено, що для моделювання роботи 220 міліметрового світловоду діаметром 2-3,5 мм у контакті із контрольованим середовищем, наприклад металевим розплавом з температурою 1300…1600 К, достатньо визначити від 3 до 5 зон. Сумарна ефективна яскравість на виході світловоду визначатиметься за формулою:  c   be  n1  5  exp  2 e     S      c   c   c   c  c1  5  k 00 exp  2   k11 exp  2e     kii exp  2e     knn exp  2e    T   T   T   T     0  1  i  n      де b e - ефективна яскравість на виході світ ловоду, Вт/м ср; 2 c1 3,7413 1016 , Втм ; 2 0,014388 мК; Se  c2 1-ша стала Планка - 2-га стала Планка - ефективна одноколірна темпе ратура випромінювання, К; i - коефіцієнт випромінювання в межах квазіізотермічної зони; ki коефіцієнт, що враховує видиму площу квазіізотермічної зони та перевідбиття випромінювання по (1) довжині світловоду; T0 - температура імесійного кінця світловода, К; Tie - ефективна температура поверхні квазіізотермічної зони світловоду, К. Безрозмірний коефіцієнт ki визначається для кожної зони як добуток відношень видимої площі квазіізотермічної зони Si  до видимої площі випромінювальної порожнини світловоду S  та частки яскравості власного випромінювання зони bi  до сумарної яскравості випромінювання b  : 5 63755 S b ki  i  i . S b імерсійний кінець, а найменше - найближча до вихідного кінця квазіізотермічна зона. Ефективна одноколірна температура випромінювання на будь-якій довжині хвилі  , виходячи з (1) обчислюється як: (2) Значення цього коефіцієнта знаходяться в межах від 0,05 до 0,85, при цьому найбільше має Se   6 n 2   c   c   c   c    ln0k 0 exp  2   1k1 exp  2e     iki exp  2e     nkn exp  2e   T   T   T   T    0  1  i  n      За значеннями одноколірних температур випромінювання, обчислених для 1,2 та  н , розраховуються триколірна та характеристична температури випромінювання: S3к    S  1 e 1  2 1  Таким чином, за допомогою виразів (1)-(5) по заданому робочому температурному діапазону та діапазону можливих раптових змін температури Комп’ютерна верстка А. Крижанівський   е 1  н  Sн (6) 1  1 1 2   S    e 1 1 1 1  2  1  1 1 н 2 Температури S3к , Sx та їх різниця  x обчислюються, для декількох можливих станів об'єкта: термодинамічна рівновага, різке підвищення температури та різке зниження температури імерсійного кінця світловоду. Значення поправки  обчислюється для кожного з цих станів, як різниця між T0 та S x :   T0  Sx . Sx  2  Se 2   1 ,  (3) (4) (5) . e 1 2  S 2 контрольованого середовища попередньо розраховується характеристика   f  x  , необхідна для визначення поправок, що компенсують вплив температурного гістерезису яскравості імерсійних світловодів. Використання запропонованої корисної моделі дозволяє підвищити точність світловодної термометрії об'єктів із високою температурною динамікою контрольованого середовища, яка створює умови виникнення температурного гістерезисну яскравості імерсійних світловодів, за рахунок динамічного визначення та введення поправок у результат вимірювань. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601