Комбінований спосіб трихроматичної яскравісної пірометрії

Реферат: UA 82870 U UA 82870 U Корисна модель належить до галузі спектральної пірометрії і може бути використана при пірометричному визначенні істинної температури To селективно випромінюючої поверхні з відомим характером залежності спектральної випромінюючої здатності від довжини хвилі   f  в діапазоні вимірювання пірометра   1  3  . 5 10 Відомий спосіб трихроматичної яскравісної пірометрії з визначення To селективно випромінюючої поверхні у випадку, коли її спектральна випромінююча здатність   лінійно залежить від довжини хвилі:   a  b (див. А.С. № 476464, СССР). У цьому способі спочатку 1 1 вимірюють три яскравісні температури TSi   To   i / C2   ln i  для трьох довжин хвиль 1,2 і  3 відповідно, а потім по них визначають дві невідомих: істинну температуру To і комплекс 1, 2, 3   3  1 / 2 шляхом чисельного рішення системи двох трансцендентних рівнянь: 1 lnb 2 / b1  C2 1/  2  1/ 1 / T  5 ln1 /  2   ln   2  1 / 3   2  1,  2, 3   lnb3 / b 2   C2 1/ 3  1/  2  / T  5 ln 2 / 3   ln1  1,  2, 3   15 (див. Блох А.Г. Основы теплообмена излучением. М., 1961, с. 264). Основний недолік способу-аналога полягає в тому, що в загальному випадку спектральна випромінююча здатність поверхонь   f  є нелінійною, що призводить до похибок. Крім того, 20 дійсну температуру To з цієї системи рівнянь не можна виразити в явному вигляді і тому вона має вирішуватися чисельно. Найбільш близьким по технічній суті та досягуваному результату є комбінований спосіб трихроматичної колірної пірометрії (Пат. України № 73231 "Комбінований спосіб трихроматичної колірної пірометрії" від 15.06.2005, Бюл. № 6), в якому істинну температуру To визначають на основі вимірювань трьох яскравісних температур TS i  селективної поверхні з відомим характером залежності спектральної випромінюючої здатності   f  від довжини хвилі в робочому діапазоні   1  3  їх вимірювання (за умов попереднього визначення проміжної   25 30 35   f 12   F ap довжини хвилі  2 з використанням функції 2 , зворотної до   f  , у випадку 2  ap від 1 та 3 ) і розрахунку по них колірних температур TC i  , та насамкінець, визначення істинної температури To методом послідовних наближень із неявного аналітичного виразу, отриманого в результаті вирішення системи трьох рівнянь-виразів для колірних температур TC i  . Основним недоліком способу-прототипу є те, що істинна температура випромінюючої поверхні To визначається методом послідовних наближень, який очевидно, має меншу точність, ніж її визначення з явного аналітичного виразу. Крім того, процедура розрахунку To досить складна, бо включає крім розрахунків яскравісних температур TS i  додаткові розрахунки трьох колірних температур TC i  та декілька ітерацій в рамках методу послідовних наближень. В основу корисної моделі поставлена задача уточнення та спрощення способу трихроматичної спектральної пірометрії, в якому застосуванням в процедурі попереднього визначення проміжної довжини хвилі пірометра  2 по характеру дисперсії   f  зі зворотної  2  f 12   F13  функції здатностей 2  f 40 1  1 та 3 як середнє значення їх середнього 13 від спектральних випромінюючих геометричного 1  3   F f 1  f 3  , 2  1  3  , при цьому - забезпечується "замикання" системи трьох рівняньвиразів для яскравісних температур TS i  і, таким чином, забезпечується точне визначення по формулі істинної температури To селективно випромінюючої поверхні при будь-якому характері 1 UA 82870 U 5 дисперсії спектральної випромінюючої здатності   f  в робочому діапазоні пірометра   1  3  . Поставлена задача вирішується тим, що в комбінованому способі трихроматичної яскравісної пірометрії, який здійснюється шляхом вимірів трьох яскравісних температур TS селективної поверхні з відомим характером дисперсії спектральної випромінюючої здатності   f  в робочому діапазоні пірометра   1  3  , причому двох з них: TS 1 і TS 3  на його межах ( 1 і  3 ), а температури TS 2  - на проміжній довжині хвилі 2 1  2  3  , котра 10 1 визначається попередньо зі зворотної функції  2  f 2   F13  і забезпечує умови рівності проміжної випромінюючої здатності  2 середньому 13 від випромінюючих здатностей на межах робочого діапазону пірометра ( 1 та 3 ), у відповідності з винаходом як середнє значення 13 від двох базових спектральних випромінюючих здатностей на межах робочого діапазону пірометра ( 1 та 3 ) застосовують їх середнє геометричне: 13    2  f 113   f 1 15 1  3   F f 1  f 3 , 1  3  , при цьому де 1,2 і  3 - робочі довжини хвиль пірометра (мкм); 1 і  3 - базові довжини хвиль пірометра на межах його робочого діапазону,  2 - проміжна довжина хвилі, на якій проводиться вимір яскравісної температури TS2 , вона 1 визначається зі зворотної функції f 2   F13  , f 1  f 3   f 1 1  3  - зворотна функція до дисперсії спектральної випромінюючої здатності поверхні в робочому діапазоні, тобто до функції   f  , F 20  а істинну температуру поверхні To визначають з формули:        To  1   2 11   3 1 / 2 / TS2 1   2 1  TS11   3  TS3 1 / 2 , де TS1, TS2 і TS3 - яскравісні температури селективно випромінюючої поверхні, К, виміряних на трьох робочих довжинах хвиль пірометра ( 1,2 і  3 ). 25 Такий способ трихроматичної спектральної пірометрії забезпечує більш простіше та точніше визначення по формулі істинної температури To селективної поверхні з будь-яким характером дисперсії   в робочому діапазоні пірометра. Пропозиція пояснюється наступним: лише в одному-єдиному випадку, при 2  1  3  система трьох рівнянь, кожне з яких являє собою вираз залежності логарифма спектральної  30  1 1 випромінюючої здатності ln i від яскравісної температури TSi : ln i  C2 / i   To   TSi  "замикається" з виключенням одразу трьох невідомих: 1,2 та 3 . У цьому випадку логарифмуючи рівність 2  якого маємо: 1  3  отримуємо вираз ln 2  ln 1  ln 3  / 2 , розписуючи члени C2 /  2   To 1  TS2 1  C2 / 1  To 1  TS11 C2 / 3   To 1  TS3 1/ 2 35 Підсумовуючи подібні члени - отримуємо аналітичне рішення цього рівняння для істинної температури To , яке має досить простий вигляд:        To  1   2 11   3 1 / 2 / TS2 1   2 1  TS11   3  TS3 1 / 2 де TS1, TS2 і TS3 - яскравісні температури селективно випромінюючої поверхні, К, які вимірюються на хвилях 1,2 і  3 в робочому діапазоні пірометра   1  3  . При цьому дві з цих температур TS 1 і TS 3  вимірюються на його межах, а для того, щоб забезпечити 40 рівність 2  1  3  , температуру TS 2  треба вимірювати на проміжній довжині хвилі 2 UA 82870 U 2 1  2  3  , котру необхідно визначати попередньо, використовуючи поняття зворотної функції по формулі 5  2  f 1 2   f 1  1  3   F f 1  f 3  шляхом застосування як середнього 13 від 1 та 3 - їх середньогеометричного значення: 2  1  3  . Тут треба відмітити, що в запропонованому способі необхідно заздалегідь мати навіть не абсолютні значення спектральних випромінюючих здатностей: 1,2 і 3 , а саме характер дисперсії спектральної випромінюючої здатності   f  селективної поверхні в робочому діапазоні пірометра   1  3  . ПРИКЛАД. 10 1) Якщо характер залежності   f  має вираз ln   a  b , то зворотна функція до   f  має вигляд   ln   a / b . Тоді 2  ln 2  a / b . Підставляючи замість  2 його значення 2  15 20 1  3  ,  отримуємо:  2  ln 1  3   a/ b  ln 1  ln 3  / 2  a / b . А замінюючи ln 1 та ln 3 на їх вирази, отримуємо: 2  a  b1  a  b3 / b  a / b  2a  b1  3 / 2  a / b  1  3  / 2 . Таким чином, якщо заздалегідь відомо, що характер дисперсії спектральної випромінюючої здатності поверхні   f  в робочому діапазоні пірометра має вигляд ln   a  b , то температуру TS 2  треба вимірювати на проміжній довжині хвилі 2 1  2  3  , яка дорівнює середньому арифметичному від базових довжин хвиль на межах робочого діапазону пірометра: 2  1  3  / 2 . 2) Якщо характер залежності   f  має лінійний вираз   a  b , то зворотна функція до   f  має вигляд     a / b . Тоді 2  2  a / b . Підставляючи замість  2 його значення 1  3  , отримуємо:  2   1  3   a  / b   a  b1  a  b 3   a/ b  2  25 30 a / b  1  a / b  3   a / b . Таким чином, якщо заздалегідь відомо, що характер дисперсії спектральної випромінюючої здатності   f  в робочому діапазоні пірометра має лінійний вигляд   a  b , то температуру TS 2  треба вимірювати на проміжній довжині хвилі 2 1  2  3  , яка представляє нелінійний вираз від базових довжин хвиль на межах робочого діапазону пірометра 1,3 та від характерної довжині хвилі o  a / b . Цей вираз  2 відображає саме характер дисперсії   , і не містить абсолютних значень спектральних випромінюючих здатностей: 2  o  1  o  3   o . Заявлений спосіб комбінованої яскравісної пірометрії забезпечує більш простіше та точніше визначення по формулі істинної температури To селективної поверхні з будь-яким характером   в робочому діапазоні пірометра, що виключає необхідність розрахунків відповідних колірних температур та використання в розрахунках To методу послідовних наближень. дисперсії 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Комбінований спосіб трихроматичної яскравісної пірометрії, що здійснюється шляхом вимірів трьох яскравісних температур TS селективної поверхні з відомим характером дисперсії спектральної випромінюючої здатності   f  в робочому діапазоні пірометра   1  3  , причому двох з них TS 1 і TS 3  - на його межах, а температури TS 2  - на проміжній довжині хвилі 2 1  2  3  , котра визначається попередньо зі зворотної функції 2  f 12   F13  і 3 UA 82870 U забезпечує умови рівності проміжної величини спектральної випромінюючої здатності  2 середньому 13 від спектральних випромінюючих здатностей на межах робочого діапазону 5 пірометра ( 1 та  3 ), який відрізняється тим, що при визначенні  2 з f 113  - як середнє 13 від двох базових спектральних випромінюючих здатностей на межах робочого діапазону пірометра ( 1 та  3 ) застосовують їх середньогеометричне значення: 13  1  3  , при цьому  2  f 1 1  3   F f 1  f 3  , де 1, 2 і  3 - робочі довжини хвиль пірометра (мкм); 1 і  3 - базові довжини хвиль пірометра на межах його робочого діапазону,  2 - проміжна довжина хвилі, на якій проводиться вимір яскравісної температури TS2 , вона 10 визначається з функції f 113   F2  ;  F f 1  f 3   f 1 1  3  - зворотна функція до дисперсії спектральної випромінюючої здатності поверхні в робочому діапазоні пірометра, тобто до функції   f  при умові 1  3  ; 2  а істинну температуру поверхні To визначають з формули: 15        To  1  2 11  3 1 / 2 / TS2 1  2 1  TS11  3  TS3 1 / 2 , де TS1, TS2 і TS3 - яскравісні температури селективно випромінюючої поверхні, К, що виміряні на трьох робочих довжинах хвилях пірометра ( 1, 2 і  3 ). Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 4