表面温度和发射率的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种表面温度和发射率的测量装置。测量装置包括反射转换器、光接收器和数据处理系统，反射转换器包括反射器和吸收管，反射器具有通孔，吸收管相对于反射器在第一测量位置和第二测量位置之间切换，在第一测量位置，吸收管的入光端接近或接触被测表面，以使光接收器直接接收被测表面发出的固有辐射光线并形成第一电信号；在第二测量位置，吸收管的入光端位于反射器的通孔处或通孔外，以使光接收器接收被测表面发出的固有辐射光线和反射器的反射面与被测表面之间的反射辐射光线并形成第二电信号；数据处理系统根据第一电信号和第二电信号形成表面温度和发射率。本实用新型专利技术能精确测量表面温度和发射率。

Measuring device for surface temperature and emissivity

The utility model discloses a measuring device for surface temperature and emissivity. The measuring device comprises a reflection converter, optical receiver and data processing system, converter includes a reflector and reflection absorption tube, the reflector has a through hole, the absorption tube between the first reflector relative to the switch position and the second position measurement measurement, measurement in the first position, the absorption tube into the optical proximity or contact surface to be measured, so that the light receiver receives directly the measured radiation emitted by the surface of natural light and form a first electrical signal; in the second position measurement, optical absorption tube into the through hole in the reflector or hole, so that the optical receiver receives the measured surface reflection from natural radiation light and reflector surface and the measured light reflected radiation between the surface and the formation of the second electrical signal; data processing system based on the first signal and the second electrical signal is formed on the surface temperature and emissivity. The utility model can accurately measure the surface temperature and emissivity.

【技术实现步骤摘要】
表面温度和发射率的测量装置
本技术涉及测量
，特别涉及一种表面温度和发射率的测量装置。
技术介绍
利用辐射测温仪测量表面温度时，表面温度的测量受发射率影响，一直是计量测试领域的一个没有解决的难题。现有技术中广泛使用的各种辐射测温仪均是在实验室标准计量器具——黑体辐射源(发射率≈1)条件下标定的。在测量时，根据辐射信号和标定方程即可获得测量温度T。然而，实际物体的发射率小于1，测量时获得的只是亮度温度，并不是真实的表面温度。实际物体的发射率是复杂的、不能确定的，与物体的组份、表面状态、波长和温度有关。所以只有知道发射率的值，才能获得真实的表面温度。为减小或消除发射率的影响，一种基于反射器的在线黑体的温度测量方法被提出(M.D.Drury,K.P.Perry,andT.Land,“Pyrometersforsurfacetemperaturemeasurement,”J.IronSt.Inst.,vol.169,pp.245–250,1951.)：在高温表面覆盖一个冷的高反射率的反射器构成一个空腔，被测表面与反射器之间存在多次反射，被测表面的有效辐射增大，接近黑体辐射状态，即有效的发射率接近于1。1994年，谢植等人提出‘第二类黑体辐射源’概念(谢植等,工业辐射测温度测量，东北大学出版社，1994)：“若非透明材料形成的等温面与理想反射体构成密闭空腔，则从等温面的任意面源上发出的辐射是该等温面源温度下的黑体辐射。”据此原理，将辐射测温仪前置一个反射器，可增大有效发射率，从而减小测量误差。公告号为EP1103801B1的专利和公开号为EP0942269A1的专利申请基于以上原理公开了一种温度测量方法和测量装置：使用一种镀金的双曲线型凹面镜作为发射率增强仪，利用多次反射效应来增大有效辐射，从而减小测量误差。然而，实际上不存在理想反射体，其反射率小于1，且在反射器上有光辐射孔和与被测表面之间的间隙，空腔不密闭，所以其有效发射率不能达到1，因此该项专利技术能减小而非完全消除发射率的影响，仍要求用户输入有效发射率的经验值，在EP1103801B1中的经验值设为0.95。若要彻底消除发射率影响，精确的测量表面温度，需要精确的求解出有效发射率的表达式，而上述两项专利技术不能测量发射率，只能测量表面温度。公开号为CN102353691A的中国专利申请和公开号为CN102252755A的专利技术专利申请分别公开了一种基于半球型和圆筒型的前置反射器的多光谱发射率在线测量装置及方法。该专利技术中的反射器可在导轨上移动，可在两种辐射状态上做切换：1)将反射器移至探测视野内，探测通过光辐射孔的光束，获得辐射信号2)再将反射器移出视野范围外，获得无反射器作用下的固有辐射信号根据公式获得发射率ε(λ,T)，其中f(ε(λ,T))为反射器有效发射率函数。在实现本技术的过程中，专利技术人发现公开号为CN102353691A的中国专利申请和公开号为CN102252755A的专利技术专利仍具有以下不足之处：第一，从精度方面：1)上述两个专利文件中的反射器需要安装在导轨上，以实现在被测表面上方移动，与被测表面必然存在间隙，被测表面发出的辐射光线会从间隙中逸出，从而影响测量精度；同时，理论计算可知，半球型反射器对与被测表面之间的距离特别敏感，若球心偏离被测表面，会造成有效发射率的急剧下降，所以底面间隙对测量精度的影响显著。2)反射器对被测表面温度场具有破坏作用，所以反射器不能长时间测量(高魁明等，前置反射器辐射温度计的研究，1984，图5)。如反射器测量700℃的不锈钢时，被测表面温度在反射器覆盖1秒钟上升约4℃，2秒上升6℃。所以需要快速的测量，而上述专利在两种辐射状态上切换，至少需要移动两倍反射器半径的距离，在切换过程中不可避免地破坏温度场，从而影响测量精度。3)上述两个专利在反射器移开时，被测表面暴露在空间中，周围背景辐射会被待测表面反射到光学瞄准探头中，所以测量信号会受到背景辐射干扰，只能应用在具有冷壁包围的理想的实验室中使用，不能应用在工业现场。4)上述两个专利只测法向发射率，而不能测量方向发射率。第二，应用方面。上述公开2个专利的测量装置在测量前必须安装导轨和支撑架，并保证调整导轨与被测面水平，当反射器的尺寸相同时，需要至少一倍于反射器的覆盖空间供其移动。所需安装空间大、要求高，成本高、便携性差，受背景辐射影响大，不适合具有强背景辐射的工业现场，如空间有限的的场合，或需要快速便捷测量的场合、或不能安装导轨支架的场合。如背景辐射显著的钢厂加热炉内钢坯表面，连铸坯表面等。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能更精确地测量被测表面的表面温度和发射率的测量装置。本技术第一方面提供一种表面温度和发射率的测量装置，所述测量装置包括反射转换器、光接收器和数据处理系统，所述光接收器与所述反射转换器耦合，所述光接收器接收由所述被测表面发出的、并通过所述反射转换器的辐射光线并将所述辐射光线转换为电信号，所述数据处理系统与所述光接收器耦合以接收所述电信号并根据所述电信号形成所述被测表面温度和发射率，所述反射转换器包括反射器和吸收管，所述反射器具有通孔，所述吸收管相对于所述反射器位置可变地设置以使所述吸收管在第一测量位置和第二测量位置之间切换，其中，在所述第一测量位置，所述吸收管通过所述通孔穿设于所述反射器的内部至所述吸收管的入光端接近或接触所述被测表面，以使所述光接收器直接接收所述被测表面发出的固有辐射光线并形成第一电信号；在所述第二测量位置，所述吸收管的所述入光端位于所述反射器的所述通孔处或所述通孔外，以使所述光接收器接收所述被测表面发出的固有辐射光线和所述反射器的反射面与被测表面之间的反射辐射光线并形成第二电信号；所述数据处理系统根据所述第一电信号和所述第二电信号形成所述被测表面的表面温度和发射率。基于本技术提供的表面温度和发射率的测量装置，由于吸收管可以在第一测量位置和第二测量位置之间切换，以上装置可以仅通过吸收管的运动使光接收器既能获得被测表面的固有辐射光线又能获得上述固有辐射光线加上反射器与被测表面之间的反射辐射光线，数据处理系统可以根据吸收管在不同测量位置得到的测量数据同时获得被测表面温度和发射率。本技术基于第二类黑体辐射源理论，提出了带有反射器和相对于反射器位置可变的吸收管的反射转换器，实现两种辐射状态(反射辐射和固有辐射)的快速转换，除实现同时测量表面温度和发射率外，其优点还在于：第一，测量精度提高，原因在于：1)为获得两种辐射状态，不需要移动反射器，反射器与被测表面的间隙可以更小甚至无间隙(反射器可与被测表面接触)，使得被测表面发出的经底面间隙逸出的辐射光线减少或消除，提高测量精度；2)只需移动吸收管，即可实现两种辐射状态的切换，相比于移动反射器，吸收管体积更小质量更轻，且移动更短的距离(若为半球型反射器，则需移动1倍半径距离)，从而切换速度更快，对表面温度场破坏更小，测量更精确；3)不需移动反射器，彻底消除了背景辐射干扰，在强背景辐射的工业现场也能够保证测量精度；4)不仅可测法向发射率，同时可设计吸收管与反射器的相对位置，从而测量非法向发射率。第二，应用方面，由于不需要导轨、支撑架等辅助结构，且不需要移动反射器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面温度和发射率的测量装置，包括反射转换器(1)、光接收器(5)和数据处理系统(6)，所述光接收器(5)与所述反射转换器(1)耦合，所述光接收器(5)接收由被测表面(9)发出的、并通过所述反射转换器(1)的辐射光线并将所述辐射光线转换为电信号，所述数据处理系统(6)与所述光接收器(5)耦合以接收所述电信号并根据所述电信号形成所述被测表面(9)的表面温度和发射率，其特征在于，所述反射转换器(1)包括反射器(1‑1)和吸收管(1‑2)，所述反射器(1‑1)具有通孔(7)，所述吸收管(1‑2)相对于所述反射器(1‑1)位置可变地设置以使所述吸收管(1‑2)在第一测量位置和第二测量位置之间切换，其中，在所述第一测量位置，所述吸收管(1‑2)通过所述通孔(7)穿设于所述反射器(1‑1)的内部至所述吸收管(1‑2)的入光端接近或接触所述被测表面(9)，以使所述光接收器(5)直接接收所述被测表面(9)发出的固有辐射光线并形成第一电信号；在所述第二测量位置，所述吸收管(1‑2)的所述入光端位于所述反射器(1‑1)的所述通孔(7)处或所述通孔(7)外，以使所述光接收器(5)接收所述被测表面(9)发出的固有辐射光线和所述反射器(1‑1)的反射面(10)与所述被测表面(9)之间的反射辐射光线并形成第二电信号；所述数据处理系统(6)根据所述第一电信号和所述第二电信号形成所述被测表面(9)的表面温度和发射率。...

【技术特征摘要】
1.一种表面温度和发射率的测量装置，包括反射转换器(1)、光接收器(5)和数据处理系统(6)，所述光接收器(5)与所述反射转换器(1)耦合，所述光接收器(5)接收由被测表面(9)发出的、并通过所述反射转换器(1)的辐射光线并将所述辐射光线转换为电信号，所述数据处理系统(6)与所述光接收器(5)耦合以接收所述电信号并根据所述电信号形成所述被测表面(9)的表面温度和发射率，其特征在于，所述反射转换器(1)包括反射器(1-1)和吸收管(1-2)，所述反射器(1-1)具有通孔(7)，所述吸收管(1-2)相对于所述反射器(1-1)位置可变地设置以使所述吸收管(1-2)在第一测量位置和第二测量位置之间切换，其中，在所述第一测量位置，所述吸收管(1-2)通过所述通孔(7)穿设于所述反射器(1-1)的内部至所述吸收管(1-2)的入光端接近或接触所述被测表面(9)，以使所述光接收器(5)直接接收所述被测表面(9)发出的固有辐射光线并形成第一电信号；在所述第二测量位置，所述吸收管(1-2)的所述入光端位于所述反射器(1-1)的所述通孔(7)处或所述通孔(7)外，以使所述光接收器(5)接收所述被测表面(9)发出的固有辐射光线和所述反射器(1-1)的反射面(10)与所述被测表面(9)之间的反射辐射光线并形成第二电信号；所述数据处理系统(6)根据所述第一电信号和所述第二电信号形成所述被测表面(9)的表面温度和发射率。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一电信号为第一电压信号，所述第二电信号为第二电压信号，所述数据处理系统(6)对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行如下处理：根据以下公式获得n个波长下或n个波段下的第一测量位置辐射亮度表达式：L1(λi,T)＝ε(λi)L0(λi,T0)，其中，L1(λi,T0)是所述光接收器(5)接收的由被测表面(9)发出的在波长λi下的辐射亮度，并由所述第一电压信号与所述光接收器(5)的光谱响应函数获得；ε(λi)是所述被测表面(9)在波长λi下的发射率；L0(λi,T0)是所述被测表面(9)在相同条件下黑体的辐射亮度；i＝1～n，i、n为大于等于1的正整数；λi为有效波长，单位为米；T0为所述被测表面(9)的表面温度，单位为K；根据以下公式获得n个波长下或n个波段下的第二测量位置辐射亮度表达式：L2(λi,T0)＝f(εi)L0(λi,T0)，其中，L2(λi,T0)是所述光接收器(5)接收的由被测表面(9)发出的在波长λi下的辐射亮度，并由所述第二电压信号与所述光接收器(5)的光谱响应函数获得；f(εi)是所述反射器(1-1)在波长λi下的有效发...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢植，车勋建，谢淇先，王立忠，
申请(专利权)人：沈阳泰合冶金测控技术有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21