Спосіб вимірювання температури

Реферат: UA 76096 U UA 76096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області оптичної термометрії і може бути використана для вимірювань дійсної температури Τ об'єктів з лінійними і близькими до лінійних монотонними спадаючими і зростаючими випуклими та увігнутими розподілами невідомої стабільної і змінної випромінювальної здатності (ε). Відомий спосіб вимірювання температури (пат. 5772323 США, МПК G01J5/00. Temperature determining device and process / Ralph A. Felice. Опубл. 30.06.1998), при якому в робочому спектральному діапазоні вимірюються двокольорові температури для різних комбінацій довжин робочих хвиль (10 або більше вимірів), після чого температура об'єкта розраховується як середнє арифметичне отриманих значень кольорових температур. До недоліків цього способу можна віднести те, що для монотонних спектральних розподілів випромінювальної здатності усі двокольорові температури будуть знаходиться вище дійсної температури об'єкта для спадаючих і нижче - для зростаючих розподілів ε, при цьому похибки вимірювань можуть значно перевищувати допустимі значення. Найбільш близьким до заявленого способу є спосіб вимірювання температури (пат. 54756 Україна, МПК G01J5/00. Спосіб вимірювання температури / Л.Ф. Жуков, А.В. Богдан. Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9, 2005 р.). Спосіб призначений для вимірювань дійсної температури об'єктів з невідомою змінною випромінювальною здатністю шляхом вимірювання двох трикольорових або більш високих порядків температур, одна з яких вище а інша нижче дійсної температури об'єктів що термометрируються. Потім дійсну температуру об'єктів визначають як середнє арифметичне цих двох виміряних кольорових температур. При цьому ця рівність має місце тільки для сполучених настроювальних хвиль і відповідно пов'язаних кольорових температур. Спільними суттєвими ознаками відомого і заявленого способів є вимірювання на певних довжинах хвиль умовних температур з подальшим розрахунком дійсної температури об'єктів що термометрируються. Основний недолік способу полягає в необхідному складному визначенні сполучених настроювальних довжин хвиль. Виміряні на сполучених настроювальних хвилях сполучені колірні температури забезпечують однозначне визначення дійсної температури об'єкта. Похибки цього способу в основному залежать від похибок визначення довжин сполучених настроювальних хвиль. Відхилення використовуваних у вимірах настроювальних довжин хвиль від їх сполучених значень відповідно визначають відхилення вимірюваних колірних температур від необхідних для розрахунку їх сполучених значень і відповідно похибки вимірювань дійсної температури. В основу даної корисної моделі поставлена задача підвищення точності вимірювань температури об'єктів із невідомою і змінною випромінювальною здатністю та спрощення алгоритму настройки багатокольорових пірометричних систем на цих об'єктах. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання температури який включає вимірювання пірометром умовних температур об'єкта та розрахунок за виміряними умовними температурами його дійсної температури, який відрізняється тим, що на симетрично розподілених по спектру трьох робочих хвилях вимірюється три однокольорові умовні температури, які пов'язані з дійсною температурою об'єкта через його відповідні випромінювальні здатності на робочих хвилях трьома відповідними пірометричними рівняннями, для вирішення системи яких випромінювальну здатність на другій робочій хвилі замінюють середнім арифметичним випромінювальних здатностей на першій і третій робочих хвилях, після чого отриману систему трьох пірометричних рівнянь з трьома невідомими вирішують відносно дійсної температури об'єкта чисельним методом, для якого послідовні обчислення виконують для температур у діапазоні, обмеженому максимальною однокольоровою умовною температурою і максимально можливою технологічною температурою. Спосіб вимірювання температури реалізується наступним чином. Для вимірювання дійсної температури об'єкта на симетрично розподілених по спектру трьох робочих хвилях λ1, λ2 і λ3 вимірюється три однокольорові умовні температури S1, S2 та S3, які за законом Віна пов'язані з дійсною температурою об'єктів що термометрируються Τ через відому другу постійну Планка c2 і відповідні випромінювальні здатності ε1, ε2 і ε3. Потім для цих виміряних умовних температур складають систему трьох пірометричних рівнянь з чотирма невідомими Τ, ε1, ε2 і ε3 1 1 1    ln1 , T S1 c 2 1 UA 76096 U 1 1 2    ln2 , T S2 c 2 5 10 15 20 25 30 35 40 1 1 3    ln3 . T S3 c 2 Симетричний розподіл робочих довжин хвиль забезпечує апріорну інформацію про ε2 через ε1 і ε3. Наприклад, при лінійних спадаючих і зростаючих розподілах випромінювальної здатності ε2=(ε1+ε3)/2, точно. Після підстановки ε2=(ε1+ε3)/2 отриману систему можна привести до наступного рівняння T  S2  c 2   S1  T   c 2   S1 T  1 3  T  S2  1 2  e e   1 0,  ln c2 2   T S3     яке, як відомо, аналітично не вирішується. Тому, це рівняння вирішується чисельним методом шляхом підбору значення Т, при якому права частина рівняння дорівнює нулю. При цьому значення Τ вибираються у діапазоні, обмеженому максимальною однокольоровою умовною температурою і максимально можливою технологічною температурою. Відповідно до отриманих із закону Віна пірометричних рівнянь, дійсна температура Τ не може бути менше максимальної однокольорової умовної температури (Т ≥ Snmax), так як εn ≤ 1. При цьому Τ також не може перевищувати максимально можливу технологічну температуру для об'єкта що термометрируються. Цілком очевидно, що методичні похибки запропонованого способу вимірювань температури об'єктів з лінійними спадають і зростаючими, сірими і тим більше термодинамічно-рівноважними розподілами випромінювальної здатності визначаються дискретністю перебору значень Т. При швидкодії сучасних мікропроцесорів цю дискретність можна встановити практично будь-якою, у тому числі в частках 1 К. Навіть, при певних відхиленнях від лінійних реальних опуклих або увігнутих розподілів випромінювальної здатності ε2 можна замінювати середнім арифметичним ε1 і ε3. Наприклад, при вимірюванні температури вольфраму у діапазоні 1500-1900 К методичні похибки однокольорової та двокольорової пірометрії випромінювання в спектральному діапазоні від 0,5 до 1,1 мкм сягають відповідно 18 і 11 К. Методична похибка найбільш близького способу при симетричному розміщенні вимірюваних багатокольорових температур випромінювання відносно дійсної температури вольфраму становить 2 К без урахування похибок вимірювань багатокольорових температур випромінювання. Методична похибка запропонованого способу при відповідній дискретності перебору Τ у вказаних умовах не перевищує 1 К, а для лінійних розподілів випромінювальної здатності може бути виключена. При цьому більш низькі методичні похибки запропонованого способу мають місце при більш точних вимірюваннях однокольорових температур, у порівнянні з вимірюваннями багатокольорових температур. Використання запропонованого способу дозволяє практично виключити або значно знизити методичні похибки оптичної термометрії об'єктів відповідно з лінійними або близькими до лінійних монотонними розподілами невідомої та змінної випромінювальної здатності, за рахунок використання представленого алгоритму обробки первинної пірометричної інформації, що в свою чергу спрощує настройку пірометричної системи. Точність вимірювань температури додатково підвищується також за рахунок використання як первинної пірометричної інформації умовних однокольорових температур, які, як відомо, вимірюються з більш низькими похибками, ніж багатокольорові, в тому числі трикольорові. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб вимірювання температури, що включає вимірювання пірометром умовних температур об'єкта та розрахунок за виміряними умовними температурами його дійсної температури, який відрізняється тим, що на симетрично розподілених по спектру трьох робочих хвилях вимірюються три однокольорові умовні температури, які пов'язані з дійсною температурою об'єкта через його відповідні випромінювальні здатності на робочих хвилях трьома відповідними пірометричними рівняннями, для вирішення системи яких випромінювальну здатність на другій робочій хвилі замінюють середнім арифметичним випромінювальних здатностей на першій і третій робочих хвилях, після чого отриману систему трьох пірометричних рівнянь з трьома невідомими вирішують відносно дійсної температури об'єкта чисельним методом, для якого послідовні обчислення виконують для температур у діапазоні, обмеженому максимальною 2 UA 76096 U однокольоровою температурою. умовною температурою і максимально можливою технологічною Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 3