一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法

文档序号:6234585阅读:651来源:国知局
一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法
【专利摘要】本发明一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,包括如下步骤,1)通过黑体炉对红外CCD摄像机和光谱仪进行标定,建立光谱信号与辐射强度信号间的对应关系;2)利用光谱仪接收金属表面在不同波长下的辐射光谱信号,由标定数据计算出参考点温度及辐射率;3)利用红外CCD摄像机拍摄金属表面红外辐射图像,根据每个像素点与参考点的单色辐射强度比值,计算得到金属表面温度分布图像,即为金属表面真实温度分布。通过光谱仪获得辐射源在多波段下的辐射能量信息,计算得到辐射源温度和辐射率随波长变化曲线;由红外CCD摄像机捕捉辐射源表面多点的辐射能量信息,通过引入光谱仪测量点作为参考点,实现了辐射源表面温度分布的精确测量。
【专利说明】一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及红外辐射测温技术,具体为一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布 的方法。

【背景技术】
[0002] 尿素水解制氨工艺的关键问题在于提高反应釜的耐腐蚀性,从而延长反应釜工作 寿命。新的金属材料和涂层工艺被尝试用于改进反应釜内部结构,为深入研究这些新材料 在尿素水解过程中的蠕变特性和热传导均匀性,需要精确测量喷涂新金属材料后的反应釜 内壁工作温度。
[0003] 传统的金属温度测量装置采用热电偶,如中国专利CN201310144605公开的固态 金属内部温度测量装置及方法和中国专利CN201220599006公开的锅炉水冷壁向火面金 属温度测量装置,其工作寿命长、测量准确、安全可靠,但往往布置困难,在很多场合难以应 用。固态金属作为非容积辐射,其出射辐射强度决定于金属表面温度,这就为辐射处理方法 测量金属表面温度分布提供了可行性。基于彩色CCD三基色的双色法在火焰温度测量领域 得到广泛应用,如中国专利CN101476942所提供的一种基于彩色CCD的辐射温度场测量装 置及方法;并衍生出众多基于多光谱辐射的测温装置和方法,如中国专利CN201293684所 提供的三通道实时测温热像仪,和中国专利CN201310633736所提供的一种多光谱辐射测 温装置及方法,以及中国专利CN201310593874所提供的便携式光纤辐射测温仪及其测量 方法,这些方法利用辐射源在两个或多个波长下的色度信号的比值来求解温度分布,其误 差主要决定于所选波长的间隔,误差难以控制。针对低温对象,红外辐射测温装置及方法在 各种不同设备上得到推广应用,如中国专利CN201310481620提供的一种红外辐射精确测 温方法,和中国专利CN201210380850提供的化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置 及其校准方法,但其都无法解决对辐射源发射率的确定问题。


【发明内容】

[0004] 针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种反映真实温度分布,能够测量辐射 率,非接触式,高精度的测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006] 一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,包括如下步骤,
[0007] 1)通过黑体炉对红外C⑶摄像机和光谱仪进行标定,建立光谱信号与辐射强度信 号间的对应关系;
[0008] 2)利用光谱仪接收金属表面在不同波长下的辐射光谱信号,由标定数据计算出参 考点温度及辐射率;
[0009] 3)利用红外CCD摄像机拍摄金属表面红外辐射图像,根据每个像素点与参考点的 单色辐射强度比值,计算得到金属表面温度分布图像,即为金属表面真实温度分布。
[0010] 优选的,步骤1)中,建立的对应关系表示为如下的拟合关系式,
[0011] Ix/(Sa/Ex) = f(A)
[0012]

【权利要求】
1. 一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,其特征在于,包括如下步骤, 1) 通过黑体炉对红外(XD摄像机(1)和光谱仪(3)进行标定,建立光谱信号与辐射强 度信号间的对应关系; 2) 利用光谱仪(3)接收金属表面(5)在不同波长下的辐射光谱信号,由标定数据计算 出参考点温度及辐射率; 3) 利用红外CCD摄像机(1)拍摄金属表面(5)红外辐射图像,根据每个像素点与参考 点的单色辐射强度比值,计算得到金属表面(5)温度分布图像,即为金属表面(5)真实温度 分布。
2. 根据权利要求1所述的一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,其特征在 于,步骤1)中,建立的对应关系表示为如下的拟合关系式, Ia/(Sa/Ex) = f(A)
其中4为单色辐射强度,单位为1/1112/^^为波长,单位为11 1瓜为光谱仪绝对光谱 信号,单位为W/m3/sr ;EX为光谱仪曝光时间,单位为ms ;G为红外CCD图像灰度信号;f和g 为拟合关系式。
3. 根据权利要求1所述的一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,其特征在 于,在步骤2)中,利用光谱仪(3)接收金属表面(5)参考点在不同波长下的绝对光谱信号 SA,根据标定拟合关系式f转换为连续波长下的单色辐射强度信号,选用窄谱带比色法通 过如下公式计算参考点温度及单色辐射率;
ε 人,〇 = 31 I 人 λ 5exp (C2/ λ T) /Q 其中,Q,C2 为 Planck 常数,其值分别为 742*l(T16W/m2 和 L 4388*l(T2m · Κ ; λ ρ λ 2 为两个离散波长,单位为m,且须满足λ 2-λ 1 = 20*1(Γ9 ;Ιλ1, Ιλ2为波长λ ρ λ 2下的单色 辐射强度信号,单位为W/m3/sr ;Τ。为参考点温度,单位为Κ ; ε λ;()为参考点单色辐射率。
4. 根据权利要求1所述的一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,其特征在 于,步骤3)中,利用红外CCD摄像机(1)拍摄金属表面(5)广角图像,提取每个像素点灰度 信号G并结合标定函数g转化为单色辐射强度图像,根据每个像素点与参考点的单色辐射 强度比值,通过如下公式计算得到金属表面(5)温度分布图像T(x,y)和温度场测量精度;
其中,λ ^为红外CCD摄像机的特征波长,单位为m,由CCD相机的光谱响应特性确定; Π 为温度场测量误差;T(x,y)为图像像素点坐标(x,y)处的温度,单位为K。
5. 根据权利要求1所述的一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,其特征在 于,在光谱仪(3)上设置有激光器(4),利用激光器(4)发射的激光光线确定参考点(0)物 理位置。
6.根据权利要求1所述的一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法,其特征在 于,在红外(XD摄像机(1)前部连接有伸入封闭空腔内部的硬杆内窥镜(2)。
【文档编号】G01J5/00GK104101432SQ201410342959
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】张向宇, 张波, 向小凤, 徐宏杰, 周怀春 申请人:中国华能集团公司, 西安热工研究院有限公司
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