Способ измерения температуры модели черного тела

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МОДЕЛИ ЧЕРНОГО ТЕПА, включающий визирование модели черного тела, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн А, и 2 спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спек-, тральных компонент, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности, визируют источник синхротронного излучения, вьщеляют спектральные компоненты на тех же длинах волн ( и Л г измеряют сигналы приемника излучения, пропорциональные интенсивностям выделенных спектральных компонент, а температуру Т модели черного тела определяют по формуле Д.) Г5йг15(П Le4vr5uril7 l J . где С - вторая постоянная Планка; 5(Ti,),5(;)- сигналы приемника излучения при визировании модеi ли черного тела, соответСЯ ствующие спектральным компонентам на длинах волн А, и - соответственно; 5(Л,,5(Д,усигналы приемника излучения при визировании источника синхронного излучения , соответствующие спектральным компонентам на IvD длинах волн , и сооо со ел ответственно .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1123357 A (504 С 01. J 5 60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

®r « Р -. е .r. -. yg - ., 7.1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ы: ц

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ спектральные компоненты на тех же длинах волн A и A г и измеряют сигналы приемника излучения, пропорциональные интенсивностям выделенных спектральных компонент, а температуру Т модели черного тела определяют по формуле

Сг

Т 5(эг) 5(,), е з где С

5(,), (}8М (>,)(21) 3612872/24-25 (22) 30.06.83 (46) 15.01.86.Бюл. № 2 (72) В.И.Саприцкий, В.В.Мальцев и P.È.Ñòîëÿðåâñêàÿ. (53) 535.233(088.8) (56) Финкельштейн В.Е. О возможности построения температурной шкалы абll солютным оптическим методом. — Измерительная техника", 1969, ¹ 7, с.44.

Гордов А.Н. Основы пирометрии.

-М.:Металлургия, 1971, с.362. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МОДЕЛИ ЧЕРНОГО ТЕЛА, включающий визирование модели черного тела, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн A и h из спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности, визируют источник синхротронного излучения, выделяют вторая постоянная Планка; сигналы приемника излучения при визировании модели черного тела, соответ-. ствующие спектральным компонентам на длинах волн A и Эг соответственно; сигналы приемника излучения при визировании источника синхронного излучения, соответствующие спектральным компонентам на длинах волн 9, и A соответственно.

1123357

Изобретение относится к области радиальной пирометрии и может найти применение в прецизионных средствах измерения температуры, входящих в комплекс эталонов энергетической фотометрии, радиометрии, в частности для воспроизведения единиц световых величин, например канделы.

Известен способ определения температуры модели черного тела (МЧТ), содержащий операции направления потока излучения из полости исследуемой МЧТ, имеющего температуру Т< в спектрометр, измерения монохроматической яркости МЧТ на длине волны в диапазоне длин волн 0,30,7 мкм, в котором справедливо соотношение Вина, и измерения значения монохроматической яркости модели на другой длине волны в диапазоне длин волн в инфракрасной области спектра. Затем меняют температуру

МЧТ до значения 1 и повторяют указанные операции. Вычисляют отношения монохроматических яркостей на двух указанных температурах, решением системы уравнений определяют значения температур Т< и Тг .

Недостатком известного способа является низкая точность измерения, обусловленная низкой точностью измерения монохроматического излучения в ИК-области спектра при существующей аппаратурной реализации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения температуры МЧТ, включающий визирование МЧТ, выделение двух спектральных компонент излучения черного тела на длинах волн A и h иэ спектрального ин( тервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником излучения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент.

Температуру находят из отношения сигналов.

Недостатком способа является низкая мощность измерения температуры, так как использование неселективных тепловых приемников в указанном спектральном интервале практически невозможно из-за их низкой чувствительности, использование высокочувствительных селектив50 ных фотоэлектрических приемников заставляет проводить их градуировку, привязываясь к существующей тем-. пературной шкале, что увеличивает

5 погрешность измерения температуры, в результате даже для эталонных средств она составляет 0,1 .

Однако для способов измерения, используемых в эталонах воспроизведения радиометрических единиц, достигнутая точность недостаточна.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения температуры МЧТ, включающем визирование

МЧТ, вьщеление двух спектральных компонент излучения черного тела

I на длинах волн Ъ, и h из спектрального интервала 0,2-0,8 мкм, воспринимаемых приемником измерения, и измерение сигналов приемника излучения, пропорциональных интенсивностям спектральных компонент, визируют источник синхротронного излучения (СИ), выделяют спектральные компоненты на тех же длинах волн и 3z и измеряют сигналы приемника излучения, пропорциональные инЗО тенсивностям выделенных спектральных компонент, в температуру Т МЧТ определяют по формуле с (> 1 (г1 г где Сг — вторая постоянная Планка;

5(9,f, 5(3 ) — сигналы приемника излучения при визировании

МЧТ, соответствующие спектральным компонентам на длинах волн Я, и 9 соответственно;

l I

6 (Ъ,l,5 (A,)- сигналы приемника излуче

45 ния при визировании источника СИ, соответствую щие спектральным компонентам на длинах волн h и h соответственно.

На чертеже представлена принци— пиальная схема реализации способа.

От МЧТ 1 излучение поступает в поворотную фотометрическую сферу 2, являющуюся совместно с монохроматором 3, на выходе которого установлен приемник излучения 4, спектрометром.

В фотометрическую сферу 2 поступает также излучение источника СИ через канал 5 накопителя 6 электронов.

Способ осуществляется следующим образом.

МЧТ 1 выводят на заданный температурный режим и направляют поток излучения на полости исследуемой ИЧТ в спектрометр, для чего поворачивают с помощью привода поворота фотометрической системы 7 фотометрическую сферу 2 входным отверстием в сторону МЧТ 1. Монохроматором 3 выбирают длину волны h<, в диапазоне длин волн 0,2-0,8 мкм, в котором справедлива формула Вина, и измеряют сигнал приемника излучения б(Э,).

Изменяют с помощью монохроматора 3 длину волны в том же диапазоне длин волн, устанавливая длину волны

Вновь измеряют сигнал приемника излучения б(г) . Приводом поворота фотометрической системы 7 поворачивают фотометрическую сферу 2 входным отверстием в сторону канала 5 СИ от накопителя 6 электронов, при этом направляют СИ в тот же спектрометр и измеряют на длинах волн A< и << сигналы приемника излучения б(Э<)и б (г) от СИ.

Определяют значение температуры

ИЧТ с учетом измеренных сигналов по вьппеприведенной зависимости.

Указанная зависимость выведена следующим образом.

В области Вина отношение сигна1123357 4 кая длина волны СИ (Š— энергия электронов; H — напряженность магнитного поля), составляет:

P =5;27 <0 Е.3 где 3 — ток; а — спектральный интервал.

Усредненная по всем углам и энергиям поляризация составляет для этого случая 50%.Использование интегрирующей сферы исключает зависимость от углового распределения СИ.

Отношение сигналов приемника излучения, соответствующих спектральным компонентам СИ, примет вид

20 5 (ъ,) ((4 (, <1 л, h, (a,17вд, ((,) (г) 0 (г)<< 1<г1 << 1<г йг< (91! ьФг g (q )

Таким образом, получаем, что из отношения спектральных компонент

Б (Ъ,) 5(e ) для МЧТ и = — для

5 (Üг) 5 (<г)

СИ можно определить Т по формуле

Анализ погрешности данного способа приводит к следующему уравне35 нию: дт лов, соответствующих выделенным спектральным компонентам из излучения ИЧТ, определяется формулой

Ь(Ъ,) (C I < q 1«0(Ъ<)

rpe Q («), Q (g,) — спектральные чувствительности спектрометра на длинах волн < и г соответственно;

d h<,4 2 — спектральные интервалы выделяемого излучения около длин волн h, и 9 г соот ветственно.

Спектральный поток СИ Р> в пре- . дельных случаях при дпине волны

166 с 1<» Я, где с г Н вЂ” критичес.,где

45

При значении температуры ИЧТ

Т =3000 K Ъ, =0,35 мкм

=0,7 мкм < . г ppg

I 1<< z — = — =0, %;

Йdg

О г

0,027% с

С,{ъ,- „)

Т (2 << Ъ В/3

K *

8С

«г 3 <1, Ви, „,„,„з,, «, —, 10

Редактор С.Титова Техред Э.Палий Корректор .П.Патаи

Заказ 8558/6 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4

5 11233 в То время, как в прототипе она составляет 0,1 .

Таким образом, точность данного способа выше точности способа-прототипа в три раза. Использование двух расчетных источников излучения

МЧТ и СИ повышает достоверность способа.

Экономический эффект от повышения точности измерения температуры

МЧТ рассматривается на примере поверочной схемы для световых величин.

57 6

В нашей стране на освещение расходуется 13 всей вырабатываемой элек-. троэнергии, т.е. не менее 180 млрд. кВт/ч в год. Повышение точности воспроизведения световой единицы только на 0,1 . за счет повышения точности измерения температуры МЧТ обеспечит уменьшение затрат электроэнергии на освещение в соответствии с действующими нормами на 3600000 руб. в год, и экономический эффект от внедрения составит 3 руб.13 коп на .каждый рубль затрат.