一维高温温度场测试技术

研制了可对一维高温温度场进行测量的扫描式高温计.该扫描式高温计分为旋转扫描式光学系统、比色高温计和上位机三个部分.在分析温度场测量要求的基础上,推导了比色光学高温计的测量原理,建立了数学模型.基于光的反射理论,研究了旋转扫描式光学系统与一维温度场之间的运动关系.利用光学光纤将光学探头接收的光信号进行远距离传输,增加了测量的便利性和整套装置对测量环境的适应能力,专用的微型工控及控制系统提高了这套装置独立工作及与其他设备进行协调合作的能力.对比色高温计的波长函数和测量精度进行了标定,校验结果表明在800℃~3 500℃范围内的测量精度为1%.最后,利用扫描式高温计对棒状碳/碳试样的轴向温度场进行了测量,通过几个固定点温度对一维温度场的测量精度进行了校验,最大测量误差为3.09%.     

新型精密光电高温计

一、引言目视光学高温计是高温温标量值传递的主要标准器。但是由于以人的眼睛作为探测器及仪器的结构缺陷,使测量精度受到一定限制。因此,为提高量值传递及高温测量的精度,我们研制成功了光电高温计,取得良好的效果。该光电高温计,在900℃～2000℃范围内,其测温灵敏度可达0.1℃～0.2℃。测量准确度均为±1℃～1.5℃。二、光电高温计工作原理光电高温计的测温方法与目视光学高温计一样,它是应用光测高温技术进行测量的。本仪器的工作原理如图1所示。被测温的     

碳／碳复合材料高温多热物性参数测量系统

提出一种将多光谱辐射测温技术、激光狭缝扫描检测技术和对试样通电加热至稳态技术相结合的新方法,可对碳/碳复合材料在高温下的多个热物性参数进行测试.利用大电流快速将棒状碳/碳复合材料加热至稳态.通过辐射高温计对试样表面温度分布的测量和激光狭缝扫描检测仪对膨胀量的测量,根据流过试样的电流、电压就可计算出被测试样的电阻率、热膨胀系数、导热系数、比热、全波长半球向全发射率和多个光谱下的法向光谱发射率.该装置主要包括高温环境实验箱,加热供电回路、高速光学高温计、激光狭缝扫描检测仪等部件,介绍了各组成部分及其工作原理.激光狭缝扫描检测仪的最大测量误差小于±3um,两套温度计的测量精度都优于1%.     

背景影响下涡轮叶片温度测量及修正技术研究

在采用辐射温度计测量航空发动机涡轮叶片温度时,为了减小背景辐射对测温结果造成的影响,基于Planck定律建立包含背景辐射影响的测温方程,借助有效发射率计算得到被测目标的真实温度.通过设计背景辐射影响模拟试验,利用两个高温辐射源分别加热选定样品和模拟高温背景,采用扫描式涡轮叶片温度场测量装置对选定样品进行温度测量.结果发现,当目标设定为800℃、背景设定为1000℃时,目标在背景影响修正前后的最大温差为27.2℃,温差相对修正前温度的比例最大为3.82%,而修正后的目标温度明显更加接近无背景影响温度,从而验证了该修正计算方法的可行性和可靠性,对发动机研制过程中的温度监测工作具有重要应用价值.     

扫描式多光谱涡轮叶片表面温度场测量试验研究

为了解决涡轮叶片表面温度场的准确测量问题,本文采用了结合多光谱测温法和扫描式温度场测量方法的扫描式多光谱温度场测量装置,在某型燃烧室试验器上对被测样件进行了测试,并将测试结果与被测样件上布置的热电偶的指示温度进行对比。试验结果显示,扫描式多光谱温度场测量装置的测温结果与热电偶的测温结果较为吻合,能够准确得到涡轮叶片的表面温度场。     

用“阴极保护法”测量高温盐浴炉温度

一、概述我厂高速钢淬火用的高温盐浴炉。过去是依靠光学高温计、辐射高温计、结合观察试棒断口及操作者的经验来控制温度的。由于光学、辐射高温计测温时受环境条件影响比较大,本身精度也低,特别是工件投入炉膛时,遮住了镜头,无法进行测量,因此测温往往会超差±20℃,导致工件过热或加热不足,使金相组织和硬度不稳定,质量波动很大,影响了使用寿命。在党的“十大”精神鼓舞下,经过批林     

以“固定点—高温计”方式传递 961.78 ℃以上国际温标

中国计量科学研究院在持续对高温基准装置研究工作的基础上,提升了光电高温计信噪比、非线性和辐射源尺寸效应等关键性能,并完善了光电高温计性能参数测量平台。与之前高温温标通过钨带灯传递不同,以“参考固定点—光电高温计”方式进行了银点以上高温温标的复现和传递,该方式可以避免光电高温计长期稳定性的影响,并将高温温度上限从2 200 ℃延伸至2 474 ℃,实验分析得到961.78～2 474 ℃的温标扩展不确定度(k=2)为0.08～0.62 ℃。2009年中英西三国温标复现比对结果验证了三国国际温标的一致性,并支持了上述不确定度评定。新传递方法可为精密光电高温计提供最高水平校准,并可扩展应用于900 nm等红外高温计校准。     

光电比较仪(或高温计)系统非线性测量装置

本系统地介绍了新研制的光电比较仪（或高温计）系统非线性测量装置。新装置采用双光源单光路设计,具有独立于被测对象和不失真的特点。利用该装置对基准光电比较仪和标准光电高温计进行了系统实验,测量不确定度达到０．０１％。利用该装置测量的数据已应用于国际计量局（ＢＩＰＭ）和亚太计量规划组织（ＡＰＭＰ）主办的国际比对中。     

扫描式多光谱光纤测温装置光学系统设计研究

针对航空发动机涡轮转子叶片温场测试的需求,文章设计研究了一套扫描式多光谱光纤测温装置光学系统,并对其性能进行试验验证。试验结果表明,该系统的光学视场直径为2 mm,光学扫描组件的最大重复定位误差不超过0.2 mm。     

使用不同截止特性滤光片的高温计校准实验研究

干涉滤光片是高温计实现测量单色辐射亮度的重要光学元件,本文针对常用波长660nm滤光片,从截止特性角度分析对高温计校准有效波长和延伸温标的影响。通过三片波长带宽相同、截止特性互异的滤光片在同一光电高温计的光谱响应度实验,分析了截止特性对有效波长的影响,并利用工作基准钨带灯对高温计“单参考点－有效波长”的延伸温标进行验证,实验证明截止特性达OD4的滤光片可以满足标准级的高温计测量精度要求,基准级高温计则应选择截止特性更好的滤光片,以降低有效波长不确定度来减小延伸温标的不确定度。     

0.9μm光电高温计应用单固定点延伸和多固定点内插的分度方法比较

单固定点延伸和多固定点内插是光电高温计的两种常用分度方法。针对新研制的0.9μm光电高温计进行了这两种分度方法的比较研究。在500~1800℃测温范围内,利用高温黑体炉作比较源,在整百度点与标准光电高温计进行量值验证,结果表明这两种分度方法的温度示值一致性优于0.2℃,与标准值的误差最大不超过0.6℃。两种分度方法的不确定度分别评估为0.2~1.3℃和0.2~0.8℃,k=2。相对于必须测量高温计光谱响应度及其响应度非线性的单固定点延伸方法,多固定点内插法简单并易操作,且不确定度可保持较优水平。该方法无论作为光电高温计的出厂分度还是周期示值校准,均可为大多数温度校准实验室提供参考。     

Optical Diffraction Corrections in Radiometric Thermodynamic Temperature Determination

One of the main components of uncertainty in high-temperature thermometry arises because of the size-of-source effect (SSE). This effect makes the temperature measurement sensitive to the geometry of the radiating environment. It is caused by optical diffraction and especially by light scattering off/from, and inter-reflections between, optical components inside the pyrometer. The LNE-INM/CNAM is involved in extending the thermometry temperature scale to very high temperatures (T > 2000 °C) and has developed eutectic-based fixed points (Sadli et al. (in: Zvizdic (ed.) Proceedings of TEMPMEKO 2004, 9th International Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science, 2004)) and a thermodynamic temperature measurement capability based on absolute radiometric methods (Briaudeau et al. (in: D. Zvizdic (ed.) Proceedings of TEMPMEKO 2004, 9th International Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science 2004)). A new measurement technique that uses an optical fiber has been developed and tested, allowing the determination of the SSE at any defocusing plane, with high resolution. A model based on optical diffraction has been developed to simulate the SSE in a real situation, considering the contribution to the pyrometer signal of the whole “3D” optical scene inside the blackbody furnace. Using the same approach, it has been demonstrated that optical scattering in a simple radiance meter can be estimated from accurate optical diffraction measurement.     

比色式光纤温度测量仪的研究

文章介绍了一种基于比色测温原理研制的光纤测温仪，分析了比色测温原理，推导了其数学模型。该测温仪以硅和铟镓砷(InGaAs)光电二极管作为温度敏感元件，通过使用单片机与DSP的主从模式对两路互为参考的信号进行比值运算处理和控制，使仪器具有响应快，灵敏度高，重复性好等特点。文中论述实现上述特点的关键技术，通过样机实验给出性能指标和测量结果。     

应用高温固定点校准精密光电高温计

通过复现温度间隔相近的3个高温固定点黑体,可以实现0.65 μm高温计在900～2 500 ℃、0.9 μm 高温计在600～2 000 ℃范围内的内插,不确定度最好水平分别达到0.3～1.2 ℃和0.3～0.6 ℃(k=2)。通过其他非分度固定点黑体和高温变温黑体的验证,2种波长高温计与高温基准温标的一致性优于0.1 ℃。应用高温固定点可以满足精密光电高温计接近国际最高水平的校准,提升高温校准的不确定度水平。     

航空发动机热端表面温度场测量

航空发动机热端温度场的测量和监视对延长发动机的使用寿命具有重要意义.文章简要介绍了目前采用的各种温度测量方式,如热电偶、光电高温计、红外热像仪和示温漆,并详细介绍了多波长温度测量和谱色温度测量两种新型的温度测量方法.两种方法大大降低了温度测量对被测物体表面发射率的依赖性,适用于1000～3000℃温度范围内高温物体表面温度的测量.     

基于BP神经网络的黑体炉温度时序预测模型的建立

黑体炉作为标准黑体辐射热源,特别适合供多种非接触式测温仪表如光电高温计、光学高温计、辐射高温计等的分度和校验之用.但黑体炉在运行时无法预知温度的具体数值,这为实验和标定带来了诸多不便.文章在神经网络的基础上,建立了黑体炉温度时序预测模型.结果表明:神经网络不但能对黑体炉温度进行预测,而且比实际的测温仪表的精确度高出很多.     

多模光纤温度传感器系统

研制了钴盐溶液热色传感介质光学双波长差分吸收多模光纤温度传感器系统。自制了光纤耦合器件,采用了锁相电路,利用微机直接进行数字锁相探测,信号相除运算和温度校正。该系统实时显示温度,测温范围30℃—50℃,准确度±0.15℃,分辨率0.02℃,在40℃时6小时稳定性±0.05℃,12小时稳定性±0.18℃。主要用于抗电磁干扰的微波辐射治疗和谷物加热干燥等测温应用。     

Development of a Special Multi-Wavelength Pyrometer for Temperature Distribution Measurements in Rocket Engines

Previously a fast multi-wavelength pyrometer was developed in a collaboration between the Harbin Institute of Technology of China and Rome University of Italy. The main features of the instrument include the use of a dispersing prism and a photodiode array to cover the entire spectral band. Following this experience, a new type of six-target eight-wavelength pyrometer for solid propellant rocket engine plume temperature distribution measurements has been developed. The instrument can record the radiation fluxes of eight wavelengths for six different uniformly distributed points on the target surface, which are well defined by holes on a field stop. The fast pyrometer with a specially designed synchronous data acquisition system can assure that the recorded thermal radiation fluxes of different spectral regions are at the same time and the same true temperature, even with dramatically changed targets.     

高频焊管焊接点温度的传感及其模糊控制

针对高频焊管焊接区的测温条件 ,采用比色测温仪检测焊接点温度 ,有效地提高了测温信号的稳定性 .应用模糊控制方法调节高频感应电源的输出功率 ,控制焊接温度 ,同时设计了三种调节功能对控制效果作进一步的改善 ,实现了高频焊管温度的稳定控制过程 .     

Error analysis of a ratio pyrometer by numerical simulation

A numerical method has been devised to evaluate measurement errors for a three-channel ratio pyrometer as a function of temperature. The pyrometer is simulated by computer codes, which can be used to explore the behavior of various designs. The influence of the various components in the system can be evaluated. General conclusions can be drawn about what makes a good pyrometer, and an existing pyrometer was evaluated, to predict its behavior as a function of temperature. The results show which combination of two channels gives the best precision.Paper presented at the Second Workshop on Subsecond Thermophysics, September 20–21, 1990, Torino, Italy.