Спосіб побудови температурної шкали

Реферат: UA 77015 U UA 77015 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі метрології, зокрема методу вимірювання температури за випроміненням і може бути використана для побудови та передачі температурної шкали в діапазоні температур від 600 до 2500 °C у спектральних інтервалах видимої та інфрачервоної областей спектра та для подальшого застосування в метрологічній діяльності при перевірці та калібруванні одно- та багатоканальних термометрів випромінення. Відомий спосіб побудови температурної шкали від 419,527 до 1084,62 °C [Sakuma F., Hattori S., In Temperature: Its Measurement and Control in Science and Industry, Vol. 5 (Edited by J. F. Schooley), New York, American Institute of Physics, Monograph, 1982, 421-427]. Згідно з даним способом визначають вихідні сигнали еталонного термометра випромінювання, який вимірює температуру від 3 до 5 реперних точок згідно з Міжнародною температурною шкалою (МТШ-90), будують інтерполяційне рівняння, що пов'язує значення вихідних сигналів еталонного термометра випромінювання в реперних точках і значення температури реперних точок та визначають проміжні значення температури температурної шкали на основі цього інтерполяційного рівняння. Для побудови шкали використовується використовуються еталонний випромінювач типу абсолютно чорного тіла та еталонний термометр випромінювання. Однак цей спосіб потребує високих фінансових затрат, оскільки базується на одночасному відтворенні від 3 до 5 реперних точок тверднення металів згідно та не має обґрунтування виду температурної залежності ефективної довжини хвилі, яке використовується для побудови інтерполяційного рівняння. Відомий також спосіб побудови температурної шкали [Preston-Thomas Η. The International Temperature Skale of 1990 (ITS-90), Metrologia, 1990, 27(1), 3-10] визначають вихідний сигнал приймача випромінювання, який сприймає випромінювання від еталонного випромінювача типу абсолютно чорне тіло при температурі однієї реперної точки з переліку реперних точок тверднення металів згідно з Міжнародною температурною шкалою, а проміжні значення температур температурної шкали визначають шляхом екстраполяції на основі прирівнювання відношення вихідних сигналів приймача випромінювання, який сприймає випромінювання еталонних випромінювачів при температурі реперної точки і шуканій температурі та відношення яскравостей еталонного випромінювача при температурі реперної точки і шуканій температурі. Для побудови шкали використовується спектрокомпаратор та температурні лампи. Однак цей спосіб реалізується лише видимого діапазону спектра з використання температурної лампи на основі монохроматичного випромінювання та не дозволяє будувати температурну шкалу для її передачі одно- та багатоканальним термометрам випромінювання що працюють у визначених спектральних інтервалах, оскільки не дозволяє врахувати спектральної чутливості окремого спектрального каналу. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб побудови температурної шкали з мінімальною кількістю реперних точок, який дозволяє врахувати спектральну чутливість еталонного термометра випромінювання, що дасть можливість підвищити точність побудови температурної шкали для її передачі одно- та багатоканальним термометрам випромінювання і тим самим підвищити точність вимірювання температури за випромінюванням. Поставлена задача вирішується тим, що в способі побудови температурної шкали, згідно з яким визначають вихідний сигнал приймача випромінювання, який сприймає випромінювання від еталонного випромінювача типу абсолютно чорне тіло при температурі однієї реперної точки з переліку реперних точок тверднення металів згідно з Міжнародною температурною шкалою, а проміжні значення температур температурної шкали визначають шляхом екстраполяції на основі прирівнювання відношення вихідних сигналів приймача випромінювання, який сприймає випромінювання еталонних випромінювачів при температурі реперної точки і шуканій температурі та відношення яскравостей еталонного випромінювача при температурі реперної точки і шуканій температурі, згідно з корисною моделлю визначають температурну залежність середніх значень довжин хвиль у робочих температурному та спектральному діапазонах, для чого визначають два вихідні сигнали приймача випромінювання, який сприймає випромінювання від двох еталонних приймачів випромінювання типу абсолютно чорне тіло при температурі двох реперних точок, проміжні значення температур температурної шкали визначають на основі прирівнювання відношення вихідних сигналів приймача випромінювання при температурі однієї реперної точки і шуканій температурі та відношення яскравостей від еталонного випромінювача типу абсолютно чорного тіла при температурі реперної точки і шуканій температурі з врахування температурної залежності довжини хвилі. Використання температурної залежності довжини хвилі у відношенні яскравостей випромінювання від еталонного випромінювача типу абсолютно чорного тіла при температурі реперної точки і шуканій температурі дозволить позбавитися залежності від спектральної чутливості термометра випромінювання при побудові та передачі температурної шкали, а 1 UA 77015 U 5 10 15 також, зменшити кількість реперних точок до двох і, як наслідок, дозволить з меншими затратами передавати температурну шкалу термометрам випромінювання, які працюють в одному чи декількох спектральних інтервалах, дозволить підвищити точність побудови температурної шкали та точність вимірювання температури за випромінюванням. На фіг. зображено графік лінійної температурної залежності середніх значень довжин хвиль для відповідного спектрального та температурного інтервалу з врахування спектральної чутливості термометра випромінювання. Спосіб побудови температурної шкали на базі температурної залежності довжини хвилі здійснюється в наступній послідовності. Визначають два вихідні сигнали приймача випромінювання, який сприймає випромінювання від двох еталонних приймачів випромінювання типу абсолютно чорне тіло при температурі двох реперних точок. Для цього еталонним термометром випромінювання, що працює в заданих спектральному та температурному діапазонах та має спектральну чутливість R(), вимірюють температуру двох реперних точок Трі, що відтворюються еталонним випромінювачем типу абсолютно чорного тіла. Вихідні сигнали S(, Tpi) еталонного термометра випромінювання пропорційні потоку випромінювання b(, Tpi), що надходить з еталонного випромінювача.  2  2  C15 1  C2 Tpi S , Tpi   R b , Tpi d   R  1 20 (1) e 1 Визначають лінійну температурну залежність середніх значень довжин хвиль для у заданому температурному та спектральному діапазоні. Для цього згідно з теоремою про середнє значення в двох реперних точках температури згідно з МТШ-90 визначаємо середнє значення вихідного сигналу S(ci, Tpi) в заданому спектральному інтервалі згідно з рівнянням: 2 25   R b, Tpi d  S  ci, Tpi  1 (2)  2  1 Визначаємо середні значення довжин хвиль Хсі для реперних температур з рівняння: 2    S, Tpi d S  ci, Tpi  30 35 40 1  2  1  C1 ci5 C2  ciTpi . (3) e 1 На базі даних про значення двох середніх довжин хвиль для температур реперних точок будуємо методом найменших квадратів лінійну апроксимаційну залежність що представлено на кресленні c=f(Т)=АТ+В, (4) Визначають залежність вихідного сигналу еталонного термометра випромінювання від значення температури з врахування температурної залежності довжини хвилі: ST   C1 c T 5 . (5) C2  c T T e 1 Визначають проміжні значення температур Tі, температурної шкали. Для цього прирівнюють відношення вихідних сигналів приймача випромінювання при температурі реперної точки і шуканій температурі T і, та відношення яскравостей від еталонного випромінювача типу абсолютно чорного тіла при температурі Тр реперної точки і шуканій температурі Tі з врахування температурної залежності довжини хвилі згідно з рівнянням:   e S Tp STi  e C2  c T Ti C2  c T Tp 1 . (6) 1 2 UA 77015 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб побудови температурної шкали, згідно з яким визначають вихідний сигнал приймача випромінювання, який сприймає випромінювання від еталонного випромінювача типу абсолютно чорне тіло при температурі однієї реперної точки з переліку реперних точок тверднення металів згідно з Міжнародною температурною шкалою, а проміжні значення температур температурної шкали визначають шляхом екстраполяції на основі прирівнювання відношення вихідних сигналів приймача випромінювання, який сприймає випромінювання еталонних випромінювачів при температурі реперної точки і шуканій температурі та відношення яскравостей еталонного випромінювача при температурі реперної точки і шуканій температурі, який відрізняється тим, що визначають температурну залежність середніх значень довжин хвиль у робочих температурному та спектральному діапазонах, для чого визначають два вихідні сигнали приймача випромінювання, який сприймає випромінювання від двох еталонних приймачів випромінювання типу абсолютно чорне тіло при температурі двох реперних точок, проміжні значення температур температурної шкали визначають на основі прирівнювання відношення вихідних сигналів приймача випромінювання при температурі однієї реперної точки і шуканій температурі та відношення яскравостей від еталонного випромінювача типу абсолютно чорного тіла при температурі реперної точки і шуканій температурі з врахування температурної залежності довжини хвилі. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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