專利名稱：紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及儀表測量技術領域，尤其涉及紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法。
背景技術：
各種物質表面的發(fā)射率(也稱輻射率、黑度系數(shù)等)是表征物質表面輻射性能的物理量，是一項重要的熱物性參數(shù)。在工業(yè)生產應用紅外輻射測溫時，被測對象都是非黑體。要保證紅外輻射測溫系統(tǒng)的準確性，必須獲得一定溫度范圍內該材料表面的發(fā)射率。輻射溫度計測溫分為全輻射溫度計、光譜輻射溫度計、部分輻射溫度計。全輻射溫度計和光譜輻射溫度計測溫過程中涉及到“全發(fā)射率”和“光譜發(fā)射率”測定，“全發(fā)射率”常用輻射熱平衡法和溫度衰減測量法，“光譜發(fā)射率”根據(jù)不同的測量原理其測量方法分為量熱法、反射率法、輻射能量法和多波長測量法等。近年來國內外廣泛使用的紅外測溫儀就屬于部分輻射溫度計。但實際應用紅外測溫儀存在以下問題(1)部分輻射溫度計的發(fā)射率測定在國內外目前尚未有成熱、明確的測定方法和裝置。國內提供的發(fā)射率表大都是物質的全發(fā)射率值表及光譜發(fā)射率，沒有針對部分發(fā)射率的測定方法及相關數(shù)據(jù)集；( 國內企業(yè)應用紅外線輻射測溫儀時通常采用的現(xiàn)場測溫熱電偶比對的方法獲得被測樣本部分發(fā)射率即利用就近安裝熱電偶測溫元件，通過調整紅外測溫儀發(fā)射率使其等于熱電偶測得的比對溫度的方法，但該方法由于工業(yè)現(xiàn)場熱電偶精度較低、紅外測溫儀環(huán)境溫度漂移影響及溫度數(shù)據(jù)比對滯后等問題，難以獲得準確的修正發(fā)射率，使紅外測溫儀只能測得“名義溫度”。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種方法簡單、成本低廉、易于實現(xiàn)的紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法，包括以下步驟(1)紅外輻射測溫儀的選擇在恒溫、恒濕的標準熱工實驗室內，選取一臺經黑體爐檢定合格的整體式單色或雙色紅外輻射測溫儀作為被測對象紅外輻射特性測試主要的設備；所述整體式單色或雙色紅外輻射測溫儀的測溫量程范圍為700 1600°C ；(2)高溫管式爐的選擇選取0 1600°C的高溫管式爐，其工作室尺寸 Φ 60 X 600mm，控溫精度優(yōu)于士 1°C ；(3)測溫標準設備的選擇選用經上一級國家法定計量單位檢定合格的II等標準鉬銠10-鉬熱電偶，0. 05級成套工作的直流低電勢電位差計和寄生電勢不大于Iu V的轉換開關、冷端恒溫器作為測溫標準設備；(4)提取、制作被測物樣本①提取被測材料A，將其加工為42 X 42 X 20mm長方條，使上表面保持原有材料表面光潔度；同時在其底部鉆一個φ Ox 10的孔I，使標準熱電偶端頭能夠插入小孔準確測量測試樣本溫度；②提取被測材料B，將其加工為42X42X^0mm長方條，并在其上鉆一個 cp30x260的孔 Ii ；③制作被測物樣本所述被測材料A的上表面通過zs-1071耐高溫無機粘合劑與所述被測材料B底部除所述孔II所占面積之外的部分相黏結后，即得被測物樣本；(5)將所述被測物樣本放置于所述高溫管式爐內，保持所述被測物樣本距離所述高溫管式爐爐口 20mm ；(6)將所述紅外輻射測溫儀使用固定夾緊裝置固定，通過所述紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)，并利用高度調整裝置調整其高度，使其與所述高溫管式爐內所述被測物樣本保持同軸；(7)通過可移動同軸軌道，調整所述紅輻射測溫儀的測溫距離，使所述被測物樣本與所述紅外輻射測溫儀間的距離D滿足D = SX距離系數(shù)D/S的要求；其中所述S是指所述高溫管式爐的測量通道孔徑，距離系數(shù)D/S是指所述紅外輻射測溫儀的額定距離系數(shù)；(8)在所述被測物樣本與所述紅外輻射測溫儀間設有一道開孔直徑為(p20mm的遮光板，其安裝位置根據(jù)所述步驟(7)中D及所述距離系數(shù)D/S確定；(9)將所述紅外輻射測溫儀通電預熱30min，使用紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)對準所述被測物樣本，使所述被測樣本目標體充滿視場，順時針或反時針旋轉所述目視光學瞄準系統(tǒng)鏡頭架，直到目標位于焦點處；(10)將所述高溫管式爐升溫至需測定溫度點并保持恒定；當波動范圍彡1°C時， 使所述被測物樣本與所述高溫管式爐溫度保持熱平衡IOmin以上；記錄此時所述熱電偶測得的標準溫度T ；(12)調整所述紅外輻射測溫儀的發(fā)射率或坡度值，直至其所測溫度與所述標準溫度T 一致；記錄所述紅外輻射測溫儀調整后顯示的發(fā)射率或坡度值；(13)對所述步驟(1 測量出的發(fā)射率或坡度值采取等精度多次測量的數(shù)據(jù)處理方式，得到所述被測物樣本在某一溫度范圍內部分發(fā)射率數(shù)據(jù)集，即①在所述紅外輻射測溫儀測量范圍內所述被測物樣本最低常用工作溫度至最高常用溫度范圍內，等分5點溫度；②對同一溫度點分別在上升、下降過程測定3次發(fā)射率或坡度值，分別記為Ip 1 ......ι .
丄2、丄θ ’③每一個溫度點測定的真實發(fā)射率或坡度值算術平均值 由下式獲得1 1 二之〖2+…人 ο
6所述步驟(1)中黑體爐的溫度范圍為300 1700°C，精度為士0. 25%，有效發(fā)射率為0. 98。所述步驟(1)中單色或雙色紅外輻射測溫儀的精度優(yōu)于士0. 75% FS ；重復精度優(yōu)于士0. 3% FS ；單色發(fā)射率范圍為0. 1 1. 0，步長優(yōu)于0. 01 ；雙色坡度范圍為0. 85 1. 15，步長優(yōu)于0. 001 ；其中FS為紅外輻射測溫儀測量范圍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、多數(shù)企業(yè)自身配備高溫管式爐及標準熱電偶，配套相應的附屬設備即可測定紅外線發(fā)射率(坡度)，設備成本較低，測量方法簡單、易于實現(xiàn)。2、由于本發(fā)明將被測試樣本及標準熱電偶在高溫管式爐內加熱至測試點穩(wěn)態(tài)熱平衡時，通過標準熱電偶測溫值與紅外輻射測溫儀測溫值比對標定的方法獲得被測樣本在其溫度點的紅外發(fā)射率和坡度值，因此，實現(xiàn)了對在固定溫度范圍某一紅外波長內測最對象樣本部分紅外發(fā)射率值或坡度值的準確測量，測量精度能夠達到士 1 %，解決了工業(yè)現(xiàn)場因發(fā)射率、坡度值數(shù)據(jù)無法準確獲得而一直測量“名義溫度”或測量準確度較低的現(xiàn)狀。3、本方法通過測定某一溫度點的紅外發(fā)射率(坡度)為應用紅外輻射測溫儀進行測溫時，判定測溫對象黑體輻射特性及發(fā)射率(坡度)修正提供準確定量化參考依據(jù)。4、本發(fā)明適用于冶金爐窯中對測溫目標體紅外線發(fā)射率(坡度)的測定。
具體實施例方式紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法，包括以下步驟(1)紅外輻射測溫儀的選擇在恒溫、恒濕的標準熱工實驗室內，選取臺經黑體爐檢定合格的整體式單色或雙色紅外輻射測溫儀作為被測對象紅外輻射特性測試主要的設備。其中黑體爐的溫度范圍為300 1700°C，精度為士0. 25 %，有效發(fā)射率為0. 98 ；整體式單色或雙色紅外輻射測溫儀的測溫量程范圍為700 1600°C，其精度優(yōu)于士0. 75% FS ； 重復精度優(yōu)于士0. 3% FS ；單色發(fā)射率范圍為0. 1 1. 0，步長優(yōu)于0. 01 ；雙色坡度范圍為 0. 85 1. 15，步長優(yōu)于0. 001 ；其中FS為紅外輻射測溫儀測量范圍。(2)高溫管式爐的選擇選取0 1600°C的高溫管式爐，其工作室尺寸 Φ 60 X 600mm,控溫精度優(yōu)于士 1 °C。(3)測溫標準設備的選擇選用經上一級國家法定計量單位檢定合格的II等標準鉬銠10-鉬熱電偶，0. 05級成套工作的直流低電勢電位差計和寄生電勢不大于Iu V的轉換開關、冷端恒溫器作為測溫標準設備。(4)提取、制作被測物樣本①提取被測材料A，將其加工為42 X 42 X 20mm長方條，使上表面保持原有材料表面光潔度，防止因光潔度變化對發(fā)射率準確性影響。同時為保證標準熱電偶準確測量被測材料溫度，在其底部鉆一個φ Ox 10的孔I，使標準熱電偶端頭能夠插入小孔準確測量測試樣本溫度；②提取被測材料B，將其加工為42 X 42 X 260mm長方條，并在其上鉆一個φ30><260
的孔II，以防止高溫管式爐工作室背景紅外能量干擾影響；③制作被測物樣本被測材料A的上表面通過zs-1071耐高溫無機粘合劑與被測材料B底部除孔II所占面積之外的部分相黏結后，即得被測物樣本。(5)將被測物樣本放置于高溫管式爐內，保持被測物樣本距離高溫管式爐爐口 20mmo(6)將紅外輻射測溫儀使用固定夾緊裝置固定，通過紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)，并利用高度調整裝置調整其高度，使其與高溫管式爐內被測物樣本保持同軸。(7)通過可移動同軸軌道，調整紅外輻射測溫儀的測溫距離，使被測物樣本與紅外輻射測溫儀間的距離D滿足D = SX距離系數(shù)D/S的要求；其中S是指高溫管式爐的測量通道孔徑，距離系數(shù)D/S是指紅外輻射測溫儀的額定距離系數(shù)。(8)為防止高溫管式爐內壁或其它非被測物發(fā)射出的紅外線能量背景輻射干擾， 干擾測量準確性，在被測物樣本與紅外輻射測溫儀間設有一道開孔直徑為(p20mm的遮光板，其安裝位置根據(jù)所述步驟(7)中D及所述距離系數(shù)D/S確定。(9)將紅外輻射測溫儀通電預熱30min，使用紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)對準被測物樣本，使被測樣本目標體充滿視場，順時針或反時針旋轉目視光學瞄準系統(tǒng)鏡頭架，直到目標位于焦點處。(10)為保證被測物樣本與高溫管式爐加熱標準溫度達到熱平衡，將高溫管式爐升溫至需測定溫度點并保持恒定；當波動范圍< rc時，使被測物樣本與高溫管式爐溫度保持熱平衡IOmin以上；記錄此時熱電偶測得的標準溫度T。(12)調整紅外輻射測溫儀的發(fā)射率或坡度值，直至其所測溫度與標準溫度T 一致；記錄紅外輻射測溫儀調整后顯示的發(fā)射率或坡度值。(13)對步驟(1 測量出的發(fā)射率或坡度值采取等精度多次測量的數(shù)據(jù)處理方式，得到被測物樣本在某一溫度范圍內部分發(fā)射率數(shù)據(jù)集，即①在紅外輻射測溫儀測量范圍內被測物樣本最低常用工作溫度至最高常用溫度范圍內，等分5點溫度；②對同一溫度點分別在上升、下降過程測定3次發(fā)射率或坡度值，分別記為Ip 1 ......ι .
丄2、丄θ ’③每一個溫度點測定的真實發(fā)射率或坡度值算術平均值/由下式獲得
權利要求
1.紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法，包括以下步驟(1)紅外輻射測溫儀的選擇在恒溫、恒濕的標準熱工實驗室內，選取一臺經黑體爐檢定合格的整體式單色或雙色紅外輻射測溫儀作為被測對象紅外輻射特性測試主要的設備； 所述整體式單色或雙色紅外輻射測溫儀的測溫量程范圍為700 1600°C ；(2)高溫管式爐的選擇選取0 1600°C的高溫管式爐，其工作室尺寸Φ60Χ600πιπι， 控溫精度優(yōu)于士 1°C ；(3)測溫標準設備的選擇選用經上一級國家法定計量單位檢定合格的II等標準鉬銠 10"鉬熱電偶，0. 05級成套工作的直流低電勢電位差計和寄生電勢不大于IuV的轉換開關、冷端恒溫器作為測溫標準設備；(4)提取、制作被測物樣本①提取被測材料A，將其加工為42X 42 X 20mm長方條，使上表面保持原有材料表面光潔度；同時在其底部鉆一個φΙΟχΙΟ的孔I，使標準熱電偶端頭能夠插入小孔準確測量測試樣本溫度；②提取被測材料B，將其加工為42X 42 X ^Omm長方條，并在其上鉆一個φ30χ260的孔II ；③制作被測物樣本所述被測材料A的上表面通過zs-1071耐高溫無機粘合劑與所述被測材料B底部除所述孔II所占面積之外的部分相黏結后，即得被測物樣本；(5)將所述被測物樣本放置于所述高溫管式爐內，保持所述被測物樣本距離所述高溫管式爐爐口 20mm ；(6)將所述紅外輻射測溫儀使用固定夾緊裝置固定，通過所述紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)，并利用高度調整裝置調整其高度，使其與所述高溫管式爐內所述被測物樣本保持同軸；(7)通過可移動同軸軌道，調整所述紅外輻射測溫儀的測溫距離，使所述被測物樣本與所述紅外輻射測溫儀間的距離D滿足D = SX距離系數(shù)D/S的要求；其中所述S是指所述高溫管式爐的測量通道孔徑，距離系數(shù)D/S是指所述紅外輻射測溫儀的額定距離系數(shù)；(8)在所述被測物樣本與所述紅外輻射測溫儀間設有一道開孔直徑為q>20mm的遮光板，其安裝位置根據(jù)所述步驟(7)中D及所述距離系數(shù)D/S確定；(9)將所述紅外輻射測溫儀通電預熱30min，使用紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)對準所述被測物樣本，使所述被測樣本目標體充滿視場，順時針或反時針旋轉所述目視光學瞄準系統(tǒng)鏡頭架，直到目標位于焦點處；(10)將所述高溫管式爐升溫至需測定溫度點并保持恒定；當波動范圍<1°C時，使所述被測物樣本與所述高溫管式爐溫度保持熱平衡IOmin以上；記錄此時所述熱電偶測得的標準溫度T ；(12)調整所述紅外輻射測溫儀的發(fā)射率或坡度值，直至其所測溫度與所述標準溫度T 一致；記錄所述紅外輻射測溫儀調整后顯示的發(fā)射率或坡度值；(13)對所述步驟(1 測量出的發(fā)射率或坡度值采取等精度多次測量的數(shù)據(jù)處理方式，得到所述被測物樣本在某一溫度范圍內部分發(fā)射率數(shù)據(jù)集，即①在所述紅外輻射測溫儀測量范圍內所述被測物樣本最低常用工作溫度至最高常用溫度范圍內，等分5點溫度；②對同一溫度點分別在上升、下降過程測定3次發(fā)射率或坡度值，分別記為1”12、……I6;③每一個溫度點測定的真實發(fā)射率或坡度值算術平均值/由下式獲得/- = ^ + ……夂。 ~ 6 °
2.如權利要求1所述的紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法，其特征在于所述步驟(1) 中黑體爐的溫度范圍為300 1700°C，精度為士0. 25%，有效發(fā)射率為0. 98。
3.如權利要求1所述的紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法，其特征在于所述步驟(1) 中單色或雙色紅外輻射測溫儀的精度優(yōu)于士0. 75% FS ；重復精度優(yōu)于士0. 3% FS ；單色發(fā)射率范圍為0. 1 1. 0，步長優(yōu)于0. 01 ；雙色坡度范圍為0. 85 1. 15，步長優(yōu)于0. 001 ；其中FS為紅外輻射測溫儀測量范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紅外測溫目標體發(fā)射率測定方法，該方法包括以下步驟(1)紅外輻射測溫儀的選擇；(2)高溫管式爐的選擇；(3)測溫標準設備的選擇；(4)提取、制作被測物樣本；(5)將被測物樣本放置于高溫管式爐內；(6)使紅外輻射測溫儀與被測物樣本保持同軸；(7)調整紅外輻射測溫儀的測溫距離；(8)在被測物樣本與紅外輻射測溫儀間設有一道開孔的遮光板；(9)將紅外輻射測溫儀上的目視光學瞄準系統(tǒng)對準被測物樣本；(10)將高溫管式爐升溫；記錄標準溫度T；(12)調整紅外輻射測溫儀的發(fā)射率或坡度值；記錄調整后顯示的發(fā)射率或坡度值；(13)采取等精度多次測量的數(shù)據(jù)處理方式，得到被測物樣本在某一溫度范圍內部分發(fā)射率數(shù)據(jù)集。本發(fā)明方法簡單、成本低廉、易于實現(xiàn)。
文檔編號G01J5/12GK102519606SQ201110369338
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者喬治, 王林 申請人:酒泉鋼鐵(集團)有限責任公司