[發(fā)明專利]表面溫度和發(fā)射率的測(cè)量裝置和測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611213734.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108240865A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝植;車勛建;謝淇先;王立忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)泰合冶金測(cè)控技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00;G01N21/55
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 艾春慧

本發(fā)明公開(kāi)了一種表面溫度和發(fā)射率的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。測(cè)量裝置包括反射轉(zhuǎn)換器、光接收器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，反射轉(zhuǎn)換器包括反射器和吸收管，反射器具有通孔，吸收管相對(duì)于反射器在第一測(cè)量位置和第二測(cè)量位置之間切換，在第一測(cè)量位置，吸收管的入光端接近或接觸被測(cè)表面，以使光接收器直接接收被測(cè)表面發(fā)出的固有輻射光線并形成第一電信號(hào)；在第二測(cè)量位置，吸收管的入光端位于反射器的通孔處或通孔外，以使光接收器接收被測(cè)表面發(fā)出的固有輻射光線和反射器的反射面與被測(cè)表面之間的反射輻射光線并形成第二電信號(hào)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)第一電信號(hào)和第二電信號(hào)形成表面溫度和發(fā)射率。本發(fā)明能精確測(cè)量表面溫度和發(fā)射率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面溫度和發(fā)射率的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。

背景技術(shù)

利用輻射測(cè)溫儀測(cè)量表面溫度時(shí)，表面溫度的測(cè)量受發(fā)射率影響，一直是計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)沒(méi)有解決的難題。現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用的各種輻射測(cè)溫儀均是在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具——黑體輻射源(發(fā)射率≈1)條件下標(biāo)定的。在測(cè)量時(shí)，根據(jù)輻射信號(hào)和標(biāo)定方程即可獲得測(cè)量溫度T。然而，實(shí)際物體的發(fā)射率小于1，測(cè)量時(shí)獲得的只是亮度溫度，并不是真實(shí)的表面溫度。實(shí)際物體的發(fā)射率是復(fù)雜的、不能確定的，與物體的組份、表面狀態(tài)、波長(zhǎng)和溫度有關(guān)。所以只有知道發(fā)射率的值，才能獲得真實(shí)的表面溫度。

為減小或消除發(fā)射率的影響，一種基于反射器的在線黑體的溫度測(cè)量方法被提出(M.D.Drury,K.P.Perry,and T.Land,“Pyrometers for surface temperaturemeasurement,”J.Iron St.Inst.,vol.169,pp.245–250,1951.)：在高溫表面覆蓋一個(gè)冷的高反射率的反射器構(gòu)成一個(gè)空腔，被測(cè)表面與反射器之間存在多次反射，被測(cè)表面的有效輻射增大，接近黑體輻射狀態(tài)，即有效的發(fā)射率接近于1。1994年，謝植等人提出‘第二類黑體輻射源’概念(謝植等,工業(yè)輻射測(cè)溫度測(cè)量，東北大學(xué)出版社，1994)：“若非透明材料形成的等溫面與理想反射體構(gòu)成密閉空腔，則從等溫面的任意面源上發(fā)出的輻射是該等溫面源溫度下的黑體輻射。”據(jù)此原理，將輻射測(cè)溫儀前置一個(gè)反射器，可增大有效發(fā)射率，從而減小測(cè)量誤差。

公告號(hào)為EP1103801B1的專利和公開(kāi)號(hào)為EP0942269A1的專利申請(qǐng)基于以上原理公開(kāi)了一種溫度測(cè)量方法和測(cè)量裝置：使用一種鍍金的雙曲線型凹面鏡作為發(fā)射率增強(qiáng)儀，利用多次反射效應(yīng)來(lái)增大有效輻射，從而減小測(cè)量誤差。然而，實(shí)際上不存在理想反射體，其反射率小于1，且在反射器上有光輻射孔和與被測(cè)表面之間的間隙，空腔不密閉，所以其有效發(fā)射率不能達(dá)到1，因此該項(xiàng)發(fā)明能減小而非完全消除發(fā)射率的影響，仍要求用戶輸入有效發(fā)射率的經(jīng)驗(yàn)值，在EP1103801B1中的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)為0.95。若要徹底消除發(fā)射率影響，精確的測(cè)量表面溫度，需要精確的求解出有效發(fā)射率的表達(dá)式，而上述兩項(xiàng)發(fā)明不能測(cè)量發(fā)射率，只能測(cè)量表面溫度。

公開(kāi)號(hào)為CN102353691A的中國(guó)專利申請(qǐng)和公開(kāi)號(hào)為CN102252755A的發(fā)明專利申請(qǐng)分別公開(kāi)了一種基于半球型和圓筒型的前置反射器的多光譜發(fā)射率在線測(cè)量裝置及方法。該發(fā)明中的反射器可在導(dǎo)軌上移動(dòng)，可在兩種輻射狀態(tài)上做切換：1)將反射器移至探測(cè)視野內(nèi)，探測(cè)通過(guò)光輻射孔的光束，獲得輻射信號(hào)2)再將反射器移出視野范圍外，獲得無(wú)反射器作用下的固有輻射信號(hào)根據(jù)公式獲得發(fā)射率ε(λ,T)，其中f(ε(λ,T))為反射器有效發(fā)射率函數(shù)。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)公開(kāi)號(hào)為CN102353691A的中國(guó)專利申請(qǐng)和公開(kāi)號(hào)為CN102252755A的發(fā)明專利仍具有以下不足之處：