基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輻射測溫距離的確定方法，屬于輻射測溫技術(shù)領(lǐng)域；該方法以黑體輻射源的軸向溫度場為基礎(chǔ)，根據(jù)黑體空腔的形狀參數(shù)，結(jié)合黑體空腔壁面的材料發(fā)射率，計算得到該黑體輻射源的等效黑體截面位置，以該截面的位置作為測溫距離的基準，結(jié)合輻射溫度計的視場，確定輻射測溫距離。與傳統(tǒng)的以黑體輻射源底部作為測溫距離基準的方法相比，對于大視場角的輻射溫度計檢定和校準，使用該方法確定測溫距離能夠在一定程度上克服黑體輻射源腔體長度大于測量距離的矛盾；對于以黑體輻射源腔口作為測溫距離基準的方法相比，測溫結(jié)果更為穩(wěn)定可靠，不易受到各種變量如黑體輻射源溫場均勻性等因素的影響。
【專利說明】
基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，屬于輻射測溫技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 黑體輻射源用來對輻射溫度計進行檢定和校準，由于輻射溫度計的視場大小與測 量距離有關(guān)，而為了保證溫度測量結(jié)果的準確，要求輻射溫度計的視場必須小于黑體輻射 源的面積。
[0003] 通常確定測量距離時，有兩種方法:一種以黑體輻射源的黑體腔口為基準；另一種 以黑體輻射源的底部作為基準。
[0004] 以黑體輻射源的腔口為基準時存在一定的理論依據(jù)，認為黑體輻射源為均勻等溫 腔，其腔口即為黑體輻射源的等效黑體輻射面，但是實際上，人工黑體輻射源腔體的等溫性 與理想黑體存在差距，如果以腔口作為等效黑體輻射面，則會導(dǎo)致輻射溫度計的視場內(nèi)包 含非等溫部分，從而導(dǎo)致測溫結(jié)果偏低。
[0005] 以黑體輻射源的底部作為基準，認為黑體輻射源的底部溫度與等效黑體溫度相 等，避免了黑體輻射源軸向溫度場不理想導(dǎo)致的測溫偏低問題，然而由于輻射溫度計的視 場隨著測量距離的增加而增大，且黑體輻射源的腔體長度通常較長，可能導(dǎo)致滿足輻射溫 度計視場要求的測量距離小于黑體輻射源的腔體長度，在實際使用中無法實現(xiàn)。另外，黑體 輻射源的黑體空腔底部并不一定是平面，進一步增加了以底部作為測量距離基準的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決以上兩種方法存在的問題，提出了一種方法有據(jù)、實踐 效果好的基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] -種基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于：
[0009] 以黑體輻射源的軸向溫度場為基礎(chǔ)，根據(jù)黑體空腔的形狀參數(shù)，結(jié)合黑體空腔壁 面的材料發(fā)射率，計算得到該黑體輻射源的等效黑體截面位置，以該截面的位置作為測溫 距離的基準，結(jié)合輻射溫度計的視場，確定輻射測溫距離。
[0010] 上述基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于:使用蒙特卡洛方 法根據(jù)黑體輻射源的軸向溫度場、黑體空腔的形狀參數(shù)以及黑體空腔壁面的材料發(fā)射率， 計算以自黑體輻射源腔口到底部的各個截面作為等效底面的黑體空腔有效發(fā)射率，發(fā)射率 滿足要求的第一個截面即可作為等效黑體截面，等效黑體截面的直徑與黑體空腔直徑相 等;此截面至黑體空腔底部范圍內(nèi)的所有截面作為底面時，也均能優(yōu)于發(fā)射率要求。
[0011] 上述基于等效黑體截面的輻射溫度距離確定方法，其特征在于:使用蒙特卡洛方 法計算有效發(fā)射率時，底面的等效溫度采用加權(quán)平均黑體空腔底部溫度和截面后方黑體 空腔壁面溫度的方法確定，黑體空腔底部和截面后方黑體空腔的壁面溫度權(quán)值等于其對應(yīng) 的投影面積比例。
[0012] 上述基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于：等效黑體截面的 直徑須大于等于輻射溫度計的視場直徑的1.25倍。
[0013] 上述基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于：以等效黑體截面 作為基準，等效黑體截面直徑大于等于輻射溫度計視場直徑的1.25倍時，輻射溫度計與等 效黑體截面之間的距離即為測溫距離。
[0014] 有益效果
[0015] 對比傳統(tǒng)的以黑體輻射源底部作為測溫距離基準的方法，對于大視場角的輻射溫 度計檢定和校準，本發(fā)明方法確定測溫距離能夠在一定程度上克服黑體輻射源腔體長度大 于測量距離的矛盾；對比以黑體輻射源腔口作為測溫距離基準的方法，本發(fā)明方法測溫結(jié) 果更為穩(wěn)定可靠，不易受到各種變量如黑體輻射源溫場均勻性等因素的影響。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實施例的一種基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法原理示意 圖以及加權(quán)平均方法計算底面等效溫度示意圖；
[0017] 附圖標記：1-黑體輻射源底面，2-黑體輻射源壁面，3-第三等效黑體截面，4-第二 等效黑體截面，5-第一等效黑體截面，6-輻射溫度計。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0019] 實施例1
[0020] 如圖1所示，基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，根據(jù)黑體輻射源的軸向 溫度場以及黑體空腔的形狀參數(shù)，結(jié)合黑體空腔壁面的材料發(fā)射率，計算得到等效黑體截 面位置，并以該截面的位置作為測溫距離的基準，結(jié)合輻射溫度計的視場，確定輻射測溫距 離。
[0021] 作為優(yōu)選，所述根據(jù)黑體輻射源的軸向溫度場、黑體空腔的形狀參數(shù)以及黑體空 腔壁面的材料發(fā)射率計算得到等效黑體截面位置為使用蒙特卡洛方法計算以自黑體輻射 源腔口到底部1的各個截面(如第三等效黑體截面3,第二等效黑體截面4和第一等效黑體截 面5)作為等效底面的黑體空腔有效發(fā)射率，發(fā)射率滿足要求的第一個等效截面5即可作為 等效黑體截面;此截面至黑體空腔底部范圍內(nèi)的所有截面(如第二等效截面4和第三等效截 面3)作為底面時，也均能優(yōu)于發(fā)射率要求。
[0022] 該例中，要求黑體輻射源的發(fā)射率大于0.99。黑體輻射源的形狀參數(shù)為長度 400_，直徑40_，黑體空腔材料發(fā)射率為0.7，漫射率為0.7，黑體輻射源的軸向溫度場數(shù)據(jù) 如表1所示，軸向溫度場測點的位置在黑體輻射源長度方向均勻分布，位置0為黑體輻射源 底部的溫度，位置10為黑體輻射源腔口的溫度。
[0023]表1黑體輻射源軸向溫度場

[0025]根據(jù)圖1所示的等效底面溫度加權(quán)計算方法，計算得到在距離黑體輻射源底部 160mm處，等效底面溫度為199.2°C，使用蒙特卡洛方法計算得出此時有效發(fā)射率為0.993滿 足發(fā)射率大于〇. 99的要求，可以視此截面為黑體輻射源的等效黑體截面。
[0026]該等效黑體截面的直徑與黑體輻射源直徑相等為40mm，必須大于輻射溫度計的視 場直徑的1.25倍，輻射溫度計的距離系數(shù)為8:1，因此計算得出測量距離應(yīng)小于40/1.25*8 = 256mm〇
[0027]以該等效黑體截面作為基準，輻射溫度計與等效黑體截面之間的距離即為測溫距 離，小于256mm即可。
[0028] 如果以黑體輻射源的底部作為測溫距離的基準，則測量距離小于黑體輻射源的黑 體空腔長度400mm，在實踐中無法操作;如果以黑體輻射源的腔口作為測溫距離的基準，則 測溫誤差較大。使用本發(fā)明提供的方法，既可以實現(xiàn)操作，又不會降低溫度測量精度。
[0029] 表2展示了實際采用不同測量方法進行測量的結(jié)果對比。
[0030] 表2:不同測量方法的測量結(jié)果對比
[0032]從表2數(shù)據(jù)也可以充分證實上述結(jié)論。
[0033]以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公 開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范 圍。
【主權(quán)項】
1. 基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于：以黑體輻射源的軸向溫 度場為基礎(chǔ)，根據(jù)黑體空腔的形狀參數(shù)，結(jié)合黑體空腔壁面的材料發(fā)射率，計算得到該黑體 輻射源的等效黑體截面位置，以該截面的位置作為測溫距離的基準，結(jié)合輻射溫度計的視 場，確定輻射測溫距離。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于:使 用蒙特卡洛方法根據(jù)所述黑體輻射源的軸向溫度場、黑體空腔的形狀參數(shù)以及黑體空腔壁 面的材料發(fā)射率，計算以自黑體輻射源腔口到底部（1)的各個截面作為等效底面的黑體空 腔有效發(fā)射率，發(fā)射率滿足要求的第一個截面即可作為等效黑體截面(5)，等效黑體截面的 直徑與黑體空腔直徑相等;此截面至黑體空腔底部范圍內(nèi)的所有截面作為底面時，也均能 優(yōu)于發(fā)射率要求。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于等效黑體截面的輻射溫度距離確定方法，其特征在于:所 述使用蒙特卡洛方法計算有效發(fā)射率時，底面的等效溫度采用加權(quán)平均黑體空腔底部（1) 溫度和截面后方黑體空腔壁面(2)溫度的方法確定，黑體空腔底部和截面后方黑體空腔的 壁面溫度權(quán)值等于其對應(yīng)的投影面積比例。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在于:所 述等效黑體截面的直徑須大于等于輻射溫度計(6)的視場直徑的1.25倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于等效黑體截面的輻射測溫距離確定方法，其特征在 于：以等效黑體截面(5)作為基準，等效黑體截面(5)直徑大于等于輻射溫度計(6)視場直徑 的1.25倍時，輻射溫度計(6)與等效黑體截面(5)之間的距離即為測溫距離。
【文檔編號】G01J5/00GK106052880SQ201610346553
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】張學(xué)聰, 王苗, 蔡靜, 董磊, 韓越揚
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)研究所