Спосіб визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об’єкта

1 Спосіб визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єісга, що полягає у вимірюванні власного випромінювання об'єкта та відбитого від нього випромінювання фонових об'єктів, який відрізняється тим, що між об'єктом вимірювання та фоновим об'єктом встановлюють пірометр випромінювання, за допомогою якого визначають величину вихідного сигналу Ui від дії на пірометр випромінювання об'єкта вимірювання з врахуванням відбитого фонового випромінювання, після чого визначають величину вихідного сигналу ІІ2 від дії на пірометр випромінювання фонового об'єкта з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта вимірювання, далі позаду пірометра випромінювання встановлюють екран і визначають величину вихідного сигналу ІІз від дії на пірометр випромінювання об'єкта вимірювання з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта екрана та величину вихідного сигналу ІЦ від дії на пірометр випромінювання фонового об'єкта з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта екрана, потім об'єкт екрана встановлюють перед пірометром випромінювання та визначають величину вихідного сигналу Us від дії на пірометр випромінювання об'єкта екрана з врахуванням відбитого випромінювання фонового об'єкта та величину вихідного сигналу ІІє від дії на пірометр випромінювання об'єкта екрана з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта вимірювання, а значення випромінювальної здатності Є та величину інформативного сигналу UT пірометра випромінювання від об'єкта вимірювання, пропорційного значенню його радіаційної температури Т, отримують з сис UT (U 2 -U 0 )-(U 1 -U 3 ) + (U 1 ~U 0 )-(U 7 -U 4 ) теми рівнянь U5 =U U 6 = U o 4-є )• U еіф де Uo - напруга зміщення нуля ПВ, иф - сигнал ПВ від дії фонового випромінювання, g Ф - коефіцієнт випромінювання фону, и е к р - сигнал ПВ від дії випромінювання екрана, g ЄК Р - коефіцієнт випромінювання екрана, і згідно з номінальною статичною характеристикою пірометра визначають значення вимірюваної радіаційної температури Т об'єкта вимірювань 2 Спосіб визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта по п 1, який відрізняється тим, що після визначення величини вихідного сигналу U4 від дії на пірометр випромінювання фонового об'єкта з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта екрана при встановленому позаду пірометра екрані, одночасно перед і позаду пірометра випромінювання розташовують об'єкт екрана та визначають величину вихідного сигналу U7 від дії на пірометр випромінювання екрана згідно з формулою и7 =и0 +иекр після чого знаходять випромінювальну здатність Є *~(щ -U 3 )-(U 2 - U 4 ) + ( U 7 -U 3 )-(U 4 - U 7 ) і інформативний сигнал ПВ від ОВ (О 47169 Винахід відноситься до галузі температурних вимірювань, конкретно до способів визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта ВІДОМІ способи визначення радіаційної температури як функції від випромінювальної здатності об'єкта (Излучательные свойства твердых материалов Под ред акад А Е Шейдлина М «Энергия», 1974 471 с) а саме виведення емпіричної залежності між випромінювальними характеристиками об'єкта та температурою, використання експериментальних табличних даних про випромінювальну здатність об'єкта, апріорне експериментальне визначення випромінювальної здатності об'єкта з наступним визначенням його температури Однак ВІДОМІ способи характеризуються неможливістю врахувати фактори, що впливають на випромінювальну здатність об'єкта, такі як природа об'єкта вимірювань, зміна величини випромінювальної здатності від температури, стан поверхні, довжина хвилі, напрямок візування поверхні, зміни цих показників в часі, ВІДМІННІСТЬ табличних даних про випромінювальну здатність об'єкта від випромінювальної здатності об'єкта в реальних умовах експлуатації, що впливає на точність визначення радіаційної температури Найбільш близьким до запропонованого є спосіб визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта, що полягає у вимірюванні власного випромінювання об'єкта та відбитого від нього випромінювання фонового об'єкта (Д Я Свет Авт свид №117752, 1958 Бюлл изобр , 1959, №3) У відомому способі існує несиметричність директриси розсіювання по ДІЛЯНЦІ досліджуваної поверхні, що веде до наявності додаткової похибки, оскільки існує різниця в значеннях коефіцієнта відбивання при ВІДПОВІДНІЙ ЗМІНІ напрямків падаючого та відбитого променів, отож знижує точність вимірювання температури В основу винаходу поставлене завдання створення такого способу визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта, у якому шляхом введенням нових дій та операцій вдалося б забезпечити зменшення методичної похибки, що виникає в результаті невизначеності величини випромінювальної здатності об'єкта, і за рахунок цього досягти підвищення точності вимірювання радіаційної температури Поставлене завдання вирішується тим, що в способі визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта, який полягає у вимірюванні власного випромінювання об'єкта та відбитого від нього випромінювання фонових об'єктів, згідно з винаходом, між об'єктом вимірювання та фоновим об'єктом встановлюють пірометр випромінювання, за допомогою якого визначають величину вихідного сигналу Ui від дії на пірометр випромінювання об'єкта вимірювання з врахуванням відбитого фонового випромінювання, після чого визначають величину вихідного сигналу ІІ2 від дії на пірометр випромінювання фонового об'єкта з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта вимірювання, далі позаду пірометра випромінювання встановлюють екран і визначають величину вихідного сигналу ІІз від дії на пірометр випромінювання об'єкта вимірювання з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта екрана та величину вихідного сигналу ІЦ від дії на пірометр випромінювання фонового об'єкта з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта екрана, потім об'єкт екрана встановлюють перед пірометром випромінювання та визначають величину вихідного сигналу Us від дії на пірометр випромінювання об'єкта екрана з врахуванням відбитого випромінювання фонового об'єкта та величину вихідного сигналу ІІ6 від дії на пірометр випромінювання об'єкта екрана з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта вимірювання, а значення випромінювальної здатності є та величину інформативного сигналу UT пірометра випромінювання від об'єкта вимірювання, пропорційного значенню його радіаційної температури Т, отримують з системи рівнянь U4 = U5~ +(1-Вф)-и ТІ екр де Uo - напруга зміщення нуля ПВ, ІІф - сигнал ПВ від дії фонового випромінювання, Є - коефіцієнт випромінювання фону, ф и е к р - сигнал ПВ від дії випромінювання екрана, єекр - коефіцієнт випромінювання екрана, і згідно номінальної статичної характеристики пірометра визначають значення вимірюваної радіаційної температури Т об'єкта вимірювань Це дозволяє визначити радіаційну температуру об'єкта вимірювань з врахуванням природи об'єкта, зміни величини випромінювальної здатності від температури, стану поверхні, довжини хвилі, напрямку візування поверхні, зміни цих показників в часі та врахувати дію фонового випромінювання на покази пірометра, що дає можливість зменшити методичну похибку вимірювання радіаційної температури і підвищити точність вимірювання температури Поставлене завдання вирішується також тим, що в способі визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта, який полягає у вимірюванні власного випромінювання об'єкта та відбитого від нього випромінювання фонових об'єктів, згідно з винаходом після визначення величини вихідного сигналу ІЦ від дії на піро 47169 від ОФ иф при коефіцієнті відбивання екрану (1єекр) (фіг 5) та величину вихідного сигналу пірометра U6 розвернутого на 180° і направленого на ОФ, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ, сигналу від дії на ПВ випромінювання ОЕ UeKp з випромінювальною здатністю єекр, сигналу від дії на ПВ, відбитого від ОЕ випромінювання від ОВ UT при коефіцієнті відбивання екрану (1 -єекр) (фіг 6), и7 =ио+иекр після чого ВИХІДНІ сигнали ПВ надходять на обчислювальний пристрій, де згідно попередніх операпісля чого знаходять випромінювальну здатцій розв'язують систему шести рівнянь та знахоність є дять значення випромінювальної здатності є та величину інформативного сигналу UT пірометра випромінювання від об'єкта вимірювання, пропор(и, -и 3 ).(и 3 -и 4 )+(и 7 -и 3 ).(и 4 - и 7 ) ційного значенню його радіаційної температури Т і інформативний сигнал ПВ від ОВ метр випромінювання фонового об'єкта з врахуванням відбитого випромінювання об'єкта екрана при встановленому позаду пірометра екрані, одночасно перед і позаду пірометра випромінювання розташовують об'єкт екрана та визначають величину вихідного сигналу ІІ7 від дії на пірометр випромінювання екрана згідно формули (из-иоМ^-изМ^-иоМ^-щ) Це дозволяє зменшити КІЛЬКІСТЬ операцій для визначення випромінювальної здатності є та величини інформативного сигналу UT пірометра випромінювання від об'єкта вимірювання, пропорційного значенню його радіаційної температури Т, в результаті чого підвищується точність вимірювання температури Спосіб пояснюється фігурами 1-7 , де 1 - об'єкт вимірювання ОВ, 2 - пірометр випромінювання ПВ, 3 - фоновий об'єкт ФО, 4 - об'єкт екрана ОЕ Спосіб здійснюється так між об'єктом вимірювання 1 та фоновим об'єктом 3 встановлюють пірометр випромінювання 2, за допомогою якого визначають величину вихідного сигналу Uj, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ, сигналу UT ВІД ДІЇ на ПВ випромінювання від ОВ з випромінювальною здатністю є, сигналу від дії на ПВ відбитого від ОВ фонового випромінювання ІІф при коефіцієнті відбивання ОВ (1-є) (фіг 1), далі, розвернувши ПВ на 180°, визначають величину вихідного сигналу пірометра ІІ2, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ, сигналу від дії на ПВ фонового випромінювання иф з випромінювальною здатністю фону Єф, сигналу від дії на ПВ відбитого від об'єкта фону 4 випромінювання ОВ UT при коефіцієнті відбивання фону Є (фіг 2), ф потім встановивши позаду ПВ екран 4 визначають величину вихідного сигналу пірометра Ыз, направленого на ОВ, що складається з суми сигналів напруги зміщення нуля Uo ПВ, сигналу UT від дії на ПВ випромінювання від ОВ з випромінювальною здатністю є, та сигналу від дії на ПВ відбитого від ОВ випромінювання від об'єкта екрану UeKp при коефіцієнті відбивання ОВ (1-є) (фіг 3) та величину вихідного сигналу пірометра U4 розвернутого на 180° і направленого на ОФ, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ, сигналу від дії на ПВ випромінювання від ОФ иф з випромінювальною здатністю фону Є сигналу від дії на ПВ відбиф того від ОФ випромінювання від ОЕ UeKp при коефіцієнті відбивання фону (1 - Єф) (фіг 4), потім, встановивши екран перед ПВ визначають величину вихідного сигналу направленого на ОВ пірометра Us, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ, сигналу від дії на ПВ випромінювання ОЕ и е к р з випромінювальною здатністю єекр, сигналу від дії на ПВ відбитого від ОЕ випромінювання +(1 )-и і згідно з номінальною статичною характеристикою пірометра визначають значення вимірюваної радіаційної температури Т об'єкта вимірювань Можна також після визначення вихідного сигналу U4 пірометра розвернутого на 180° і направленого на ОФ, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ, сигналу від дії на ПВ випромінювання від ОФ иф з випромінювальною здатністю фону Єф, сигналу від дії на ПВ відбитого від ОФ випромінювання від ОЕ UeKp при коефіцієнті відбивання фону (1-Єф) (фіг 4), одночасно перед і позаду пірометра випромінювання розташувати об'єкт екрана та згідно формули визначають величину вихідного сигналу U7 дії на пірометр випромінювання екрана, що складається з суми сигналу зміщення нуля Uo ПВ та сигналу ОФ випромінювання від ОЕ UeKp (фіг 7) U7 =U0+U e K p після чого знаходять випромінювальну здатність є ~(U1-U3)-(U2-U4)+(U7-U3)-(U4~U7) і інформативний сигнал ПВ від ОВ Т Перевірка запропонованого способу визначення випромінювальної здатності та радіаційної температури об'єкта здійснювалась при візуванні пірометричного перетворювача ППТ - 142, гр Р 4, на сильно окислену поверхню алюмінієвого листа, нагрітого до температури 160°С Фоном являвся прилад з литого чавуну (радіатор), нагрітий проточною водою до 45°С Екраном служив чорний картон при температурі 30°С Похибка визначення температури за допомогою контактного цифрового термометра ТТЦ - 1 не перевищувала ± 47169 У результаті експерименту отримали сигнали пірометра в мВ Ui и и и и и и 0,935 8 2 3 4 5 6 7 ЗИХІДН Un 0,709 0,840 0,228 0,133 0,360 0,120 0 , 0 0 2 2 6 8 6 2 0 0 Після рішення системи рівнянь за формулою визначення є, отримали - значення випромінювальної здатності для сильно окисленого алюмінію є = 0,299, - величина інформативного сигналу напруги пірометра випромінювання від об'єкта вимірювання, пропорційного значенню виміряної температури 8 UT = 2,5366, що відповідає виміряній за номінальною статичною характеристикою пірометра температурі 160,4°С При порівнянні з довідниковими даними для випромінювальної здатності [Геращенко О А , Гордов А Н , Лах В И , Стадник Б И , Ярышев Н А Температурные измерения Справочник - К Наукова думка, 1984] даних, отриманих в результаті експерименту, похибка визначення випромінювальної здатності не перевищувала 0,04, а похибка визначення температури не перевищувала точності встановлення температури на досліджуваному об'єкті 2 Фіг. 2 Фіг. 1 47169 Фіг. З 10 Фіг. 4 11 >їг, 5 47169 12 Фіг. 6 13 47169 Фіг. 7 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 14