多波长的测温方法

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1、多波长的测温方法P.B.Coates量子计量学的划分；国立物理研究所；特丁顿；米德尔塞克斯；英国收于：1981.3.3摘要：应用辐射测高温法对实测量实体表面温度测量的主要问题在于由未知或者变化的表面发射辐射系数而引起的巨大误差。本文只利用表面散发热辐射的技术来讨论这类技术所必需额外信息的本质。多波长测温需要在不同的波长下进行，这种方法通常用于解决附加信息没有被分析的问题，但是这种方法也具有明显的缺点。1简介在辐射测温法对温度进行温度准确测量的应用中时，需要在量程范围内校准，才能获得准确测量温度，由于使用最新仪器和技术，在8

2、00℃-1500℃的温度区间内的总不确定度已经被减少了好几个百分点(Jung1975,Ricolfi和Lanza1977,Coates和Andrews1978)。在国际实用温标中，银的熔点定义为961.93℃时，这种改进就是光电检测法可以很好的地替代lO%Rh-Pt/Pt(S型)热电偶。然而在辐射法测高温法的工业应用中，由于很多因素，它的不确定性通常要大一些。其主要原因是要求在基本测量中热辐射源的来源近似于是完美理想的黑体，这在很多工业的实际应用中很难做到。因此，主要测量的不确定度来源是于辐射表面未知的辐射系数。由于我们需

3、要在高温下或者测试目标的物理接触不符合需求时，准确的地进行温度测量温度，所以辐射测高温法在技术上提高的方向主要是减少由未知真实表面辐发射率引起的错误。技术的研究现在分成两个主要方面。目前，为了获得有关于表面辐射系数的信息，我们采用一个额外的单色光源或者额外的热辐射。用这种手段可被用于修正测量温度(Kel-sall1963,Toyotaeta11972,DeWitt和Kunz1972,Murray1967,1972,Gardner和Jones1980)。然而，这些额外的需求使得结构的设计更加的复杂，而且缺乏适应不同应用的灵活

4、性。原则上讲，一个更简单的方法是将辐射测量包含的信息和特殊表面测试过程的内容联合到一起去减少修正温度。最近的研究表明(Murray1967,1972,Gardner和Jones1980)根据发出辐射的特性来计算温度是可行的，这需要经过若干个波长的单独测量。综上所述，这种普遍被称作多波长高温测定法的技术有很好的前景。这篇本文章的目的是估计这种测量方式的潜在价值和可能出现的问题。2辐射率随着波长的变化认定假定一个多波长的高温测定法是由（n+1）个波长为的通道构成的。为了在讨论中保证普遍性，不限制波长现阶段将没有通道位置的限制。

5、除此之外，当然它们都是不同的。首先研究理想状态下的温度测量，假设实验测量数据是准确的，其中不包含系统误差和随机误差。为了简化计算，还假设每个通道的带宽很小，使Wien近似于Plancklaw(普朗克克定律)。这些假设没有不会影响我们的到结论，如果每个通道的滤色光片器的传输曲线是已知的话，正如已经展现的那样(Ruffino1975,Coates1977,1979)，实际的实验结果将根据滤光片曲线加以修正被修正成这些情况。在信通道道i中被测量的信号如下表示式中ki是一个常量，这个常量独立于测温方法的几何结构设计、波长的探测系统

6、的敏感度和一些其他因素。经参考黑体源的校准后，它的值由在由已知温度下对参考黑体源的校准后测量值所决定。光辐射率和温度不是独立的。然而，正如我们认为通过测温法对一个单一温度的测定一样，降低了与这种变化确定的联系，用代替这一项将会被换为。对上面的式子两边同时取对数可得(2)表达式式子左边包含已知的测量值，右边的式子包含未知的表面特征，我们可以看到这个（n+1）个等式的方程组包含（n+2）个未知量（光谱辐射率和温度T），因此这是无解的没法解决的，除非我们可以找到他们的其他关系。事实上，函数这个函数仅仅是平滑、连续还是不够的，对于

7、这个任务来说，我们需要寻找更多的无论是理论上的或者还是实验性的关系。在多波长测温法中有一个似乎得到了普遍接受的简单假设(Svet1975,1976,Qui和Compton1975)，它涉及到了函数中光辐射率随着波长而变化的函数的这种表示法。这种假设普遍用这种形式加以阐明：——“可以用令人满意的用一个函数代替，这个波长的函数中包含n个合适的参数。在没有表面特征的先验知识的情况下，在（n+1）个不同情况下光辐射在（n+1）个不同情况下的测量结果将能够计算出这n个参数和辐射源的温度。”表面来看，这似乎是十分的合理的。大多数光滑的

8、曲线都能够十分准确的地近似于一系列简单合适的项。比如说多项式，可以近似为指数项和傅立叶系数。当然一个很重要的问题是计算温度过程中，、在合适的过程之后通常会产生的小的余数的影响。这个问题在之前没有做详细的分析。根据Svet，Quinn的Compton的理论，可以假设可以由单一波长的（n-1）级多项式表示，