黑体转换式表面温度精确测量方法研究和仪器研制

发布时间：2022-10-29 19:41

　　温度是目前测量需求最广泛的参数之一,在现代化的工业生产中,温度测量约占各种监测参数总量的50%。按照测量对象可分为介质内部温度测量和表面温度测量,其中表面温度测量在大于400℃以非接触式辐射测温方法为主。表面温度测量在航天、材料、能源、冶金等领域有着广泛应用。随着工业技术水平的不断提高,对表面温度测量的准确性要求越来越高。以钢铁生产为例,作为电机、发电机和变压器心脏的取向硅钢,曾被誉为“钢铁产品中的工艺品”,其退火温度范围为830℃±5℃,超出该温度范围,会导致磁性能下降,使电机的效率下降;用于汽车轻量化结构件的高强TRIP钢的退火温度范围为670±5℃,超出该范围会导致强度和延伸率达不到要求,致使钢板容易开裂。然而,目前表面温度测量误差过大（约为6～30℃）,不能满足高性能技术产品生产的工艺要求。表面温度测量误差大的根本原因是发射率不能准确确定,即辐射温度计测量所需要设定的参数——发射率,受材料、表面粗糙度、氧化程度等众多因素影响不能准确确定,造成了表面温度测量误差,这一直是制约辐射温度测量技术发展的难题。由于不能满足日益增长的工业生产需求,表面温度测量不准确问题越来越受到国际权威计... 

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 表面温度测量不准确的原因分析
        1.2.1 国际温标ITS-90关于表面温度量值的缺失分析
        1.2.2 发射率影响因素复杂而不能离线设置
    1.3 表面温度测量方法研究现状
        1.3.1 比色测温技术
        1.3.2 多波长测温技术
        1.3.3 前置反射式辐射测温技术
        1.3.4 表面温度测量的最新技术介绍
    1.4 主要研究内容及创新点
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
第2章 基于第二类黑体的表面温度测量方法研究
    2.1 第二类黑体概念及模型介绍
    2.2 第二类黑体辐射特性的研究
        2.2.1 对焦球面反射器辐射特性的研究
        2.2.2 非对焦球镜反射器辐射特性的研究
    2.3 第二类黑体比色测温方法的研究
    2.4 黑体转换式表而温度和发射率关联测量方法的研究
        2.4.1 研究思路一: 采用黑体转换器的测量方法实现表面温度和发射率的同时测量
        2.4.2 研究思路二:采用双波长测量方法消除反射器的不确定项
    2.5 第二类黑体对表面温度场干扰的研究
        2.5.1 表面温升解析表达式的推导
        2.5.2 黑体转换器导致的表面温升表达式
        2.5.3 无黑体转换器导致的表面温升表达式
        2.5.4 表面温升的影响因素分析
    2.6 本章小结
第3章 基于第二类黑体的表面温度测量仪器研制
    3.1 测量仪器的总体设计需求
    3.2 测量仪器的各部分设计方案
        3.2.1 黑体转换器和反射器的设计
        3.2.2 光路组件的设计
        3.2.3 运动组件的设计
        3.2.4 信号处理部件的设计
        3.2.5 仪器整体结构设计
    3.3 测量仪器的标定
    3.4 本章小结
第4章 基于蒙特卡洛方法的表面温度测量不确定度评估
    4.1 基于蒙特卡洛法的测量不确定度评估方法介绍
    4.2 表面温度测量不确定度的来源分析
    4.3 测量不确定度的评估结果
    4.4 本章小结
第5章 表面温度测量实验装置的研制及实验研究
    5.1 测量实验装置的研制
    5.2 表面温度测量准确性验证实验
    5.3 各种材料的表面温度和发射率测量实验
    5.4 表面温度准确性验证方法不确定度的评估
    5.5 本章小结
第6章 结论
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士期间的主要工作
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]材料光谱发射率测量技术研究进展[J]. 张术坤,蔡静,杨永军.  工业计量. 2013(06)
[2]光谱发射率测量标准参考材料研究进展[J]. 于坤,刘玉芳,赵跃进.  光谱学与光谱分析. 2012(11)
[3]辐射测温在钢铁工业中的应用及发射率对测量的影响[J]. 薛生虎,李文军,李芳红,田亚农.  计量学报. 2010 (05)
[4]温度测量技术发展与应用专题(二) 温度量值溯源体系现状和发展[J]. 杨永军.  计测技术. 2009(05)
[5]前置反射式发射率在线测量装置的研制[J]. 宋扬,王宗伟,戴景民.  哈尔滨理工大学学报. 2009(03)
[6]材料光谱发射率精密测量装置[J]. 原遵东,张俊祺,赵军,梁宇,段宇宁.  仪器仪表学报. 2008(08)
[7]基于传热原理的热电偶测温误差模型及应用[J]. 徐顺生,时章明,杨刚,王达科.  传感器与微系统. 2006(05)
[8]辐射测温的发展现状与展望[J]. 戴景民.  自动化技术与应用. 2004(03)
[9]温度计量技术进展近况[J]. 张继培.  上海计量测试. 2002(01)
[10]复现银凝固点以上国际温标（ITS-90）[J]. 原遵东,段宇宁,王铁军,吴继,刘可心,赵琪.  现代计量测试. 2001(02)

博士论文
[1]光谱发射率在线测量技术研究[D]. 宋扬.哈尔滨工业大学 2009
[2]多光谱辐射测温技术研究[D]. 戴景民.哈尔滨工业大学 1995



本文编号：3698302