双红外激光测温定标源样品温度场对测量结果的影响

双波长红外激光测温技术可实现免发射率的温度测量，仪器常数是此技术的核心参数。目前，仪器常数的确定依赖于定标样品表面的中心点温度，当对定标样品表面的探测位置偏离其中心点时，仪器常数的结果会产生影响。对定标样品进行数值建模，分析不同样品温度场的分布及其对测量结果的影响规律。结果表明：样品的前表面呈现近似中心对称的温度分布，中心温度低，边缘温度高，温度由中心向边缘上升的趋势随着半径方向先迅速上升，后缓慢上升；在温度1 173 K下进行定标，定标位置偏移±5 mm时，高温合金、低发射率涂层样品和SiC所标定的仪器常数产生的影响分别为1.87%、1.06%和0.79%;在873～1 073 K测温范围内，高温合金、低发射率涂层样品和SiC由于仪器常数偏移导致的测温平均相对偏差分别为：0.34%、0.20%和0.14%。     

基于比色原理的瞬态温度测试系统

针对传统瞬态温度测试中存在的破坏被测温度场分布、使用寿命短、响应速度低等问题,设计一种基于比色原理的瞬态温度测试系统。介绍系统的结构以及测温原理,为提高整个系统的易用性,对系统进行小型化设计。其中,对滤光片与两象限探测器进行一体化设计,利用单片机完成实验数据的处理以及结果的实时显示,最后对整个系统进行封装。由高温黑体炉对系统进行静态标定来获得系统的静态系数K。在实验室环境中,利用氢氧焰机加热靶体的方式模拟瞬态温度场。同时利用已标定过的比色测温系统以及红外测温仪Modline5测量瞬态温度,在600~1 200℃的测温范围内,两者的误差1%,可以满足瞬态温度测试的要求。     

低温面源黑体均温结构研究

低温面源黑体作为红外谱段的标准辐射源,广泛应用于红外遥感器、热像仪的标定中.随着红外技术的发展,其应用越来越广泛并已经开始向低温领域发展.温度均匀性是面源黑体的重要指标,介绍一种可以提高面源黑体温度均匀性的结构,实验结果表明这种结构可使面源黑体温度均匀性优于0.2K.     

半导体基片表面微小高温区域的红外测温系统

利用红外辐射测温原理，设计成半导体基片上激光焦斑温度不接触测量系统。该系统由透镜成像系统、探测器、精密电动平台及相关电路和软件组成，其测温范围大，温度分辨力可达0．2K，还可得到温度-时间关系曲线；可自动测量热斑的温度分布及寻找热斑的最高温度区域；测量区域的最小直径为18μm。     

高温热端部件表面温度测量的系统设计

随着燃气涡轮机的不断改进,其叶片温度越来越接近材料的耐温极限,但目前市面上的测温仪器并不能较精确地反映叶片温度和分布,为解决此问题,设计扫描式辐射测温系统,该系统工作时探针安装在发动机外壳上,对准叶片表面,叶片散发的红外辐射经由探针前端的反光镜反射进入探针中,通过探针尾部的光纤传入控制器中,对其光信号进行处理,转化为温度值。通过对扫描探针进行流场与温度场耦合仿真,结果表明：在以0.1 kg/s的流量通入25 ℃冷却气,且探针探测时间不超过15 s的情况下,整个探针内部可在发动机内被有效的保护;探针端部流体压强约17.0 MPa,大大高于燃气的压强1.4 MPa,故表明此区域可以将高温燃气隔绝在外,使其不进入探针内部接触反光镜。在实验室开展实验对该系统进行验证,结果表明：探针在各个温度点的重复性和稳定性均不超过7.5 ℃,该测温系统可以满足涡轮叶片表面温度测温的使用需求。     

红外光纤双波段法对桥丝温度的测量

针对桥丝辐射温度检测中存在被测目标体积小,红外辐射量小,远距离传输损耗大等难点技术问题,设计了一种双波长光纤温度测量系统.根据电火工品热辐射的原理,得出双波长测温教学模型,采取有效的光学光纤耦合和提高系统信噪比的措施,采用InSb(响应波长范围为0.8 ～3 μm)和HgCdTe(响应波长范围为3～5 μm)双波段探测...     

影响红外测温的主要因素分析研究

红外测温在钢铁企业应用越来越广泛，成为钢企温度在线测量的关键设备。但在实际工作中，红外测温受到诸多因素影响，导致测温不准，影响产品质量控制。文章通过自主实验研究影响红外测温准确度最重要的发射率参数以及使用中安装距离等问题，综合确定几种钢材最佳发射率约为0.96(测温仪型号C316),使实验的几种钢种测量精度均能达到测量值的0.25%+1 K,并通过距离实验表明，即使在测试距离符合距离系数(D:S)的前提下，不同距离测量误差可能不同。本实验装置和方法可以为三钢不同的钢种或其它材料提供发射率测试，对测温仪发射率进行标定。     

一种新型红外多谱段高温计的研究

基于辐射学原理的辐射高温计是一种非常实用的非接触式表面温度测量仪器。但是,在许多的实际情况下,辐射测温的精度受到一定的影响,这主要是由于被测试件表面发射率的不解定性、较强的环境辐射等。本在研究了复杂环境中的辐射状况的基础上,提出了一种新的测温模型,并在此基础上建立了多谱段红外辐射高温计系统。实验证明,在环境辐射较强时,这种新型高温计系统达到了令人满意的结果。     

一种可同时测量发射率及温度的被动式测温系统

介绍了一种实用化实时测温系统.该系统采用了PIN硅光电二极管作光接收器件,由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成.从系统的相对测温灵敏度及探测器的温度分辨率与波长间的关系出发,结合大气对红外辐射的透射特性,确定了系统的工作波长;从系统的抗反射辐射能力出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,确定了系统的波长带宽.从辐射能P1、P2的测量不确定度出发,讨论了待测目标的发射率及温度的测量精度.结果表明,当λ=0.80 μm、△λ=20 nm时,在测温范围600～2 500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%,满足设计要求.     

热障涂层服役温度测试与隔热机理

热障涂层(TBC)被用于航空发动机涡轮叶片表面的热防护,主要由粘结层和陶瓷层组成,准确测量陶瓷层表面与粘结层/陶瓷层界面温度分布对指导涂层高隔热结构设计与制备具有重要意义。现有非接触式与接触式测温技术可测量表面温度,接触式测温技术可测量界面温度。主要介绍了3种用于测量航空发动机涡轮叶片表面温度的技术,其中,适用于TBC表面测温的包括以光学原理为主的红外辐射、荧光、晶体、光纤测温技术;以热致变原理为主的示温漆测温技术;适用于TBC界面测温的以热电原理为主的填埋式热电偶、薄膜热电偶测温技术,并介绍了其测温的原理、优势和局限性。进一步对TBC隔热机理及性能优化进行了介绍,并对TBC表/界面测温技术及涂层结构设计方向进行了展望。     

大口径高发射率面型黑体辐射源的研制

黑体辐射源作为定标标准器,在红外测量设备的辐射定标中具有重要作用。为应对大口径红外测量设备的辐射定标工作需求,设计了1台辐射面积为400mm×400mm的面型黑体辐射源。采用多路控温和连接固定冷源的方式对黑体进行温度控制;通过热仿真确定合适的传热模型,同时结合高发射率涂层工艺与辐射面的结构设计使黑体具备高发射率,辐射面有效发射率可达到0.992;在真空环境下,利用标准铂电阻温度计测量得到黑体辐射面源的温度均匀性偏差最大为0.101K,稳定性平均值为0.018K/10min,该黑体辐射光源能够满足现阶段大口径红外测量设备的使用需求。     

基于分段线性法的红外辐射计响应度标定研究

基于溯源至国家高温基准的黑体辐射源对SR 5000N型辐射计光谱响应度进行标定。建立了系统响应度标定模型,在373～773K温区进行了响应度标定实验。实验结果表明:在此温区内黑体理论光谱辐射亮度与基于校准的光谱响应度得到的黑体光谱辐射亮度在8～14μm频谱内的相对平均偏差优于1%,具有较好的一致性。     

实用氦气声学温度计初步研究

对高温气冷堆堆芯温度的可靠测量是目前的技术难题之一。传统温度计依靠实验室标定的材料特性与温度的关系进行测温,然而,长期暴露在高温、高辐照环境中,其测温材料的性质会发生改变且得不到及时校准,温度传感器易发生漂移甚至失效。气体声学温度计通过测量单原子气体的声速可以直接获得热力学温度;由于气冷堆内氦气介质相对稳定,利用氦气声速获得温度具有较高的可靠性。针对实用氦气声学温度计开展了初步研究,基于圆柱声学共鸣法设计了实用声学温度计测试系统,采用声波导管声学传感器测量了488K至806K圆柱共鸣腔内氦气的声学共振频率,修正了热边界层和粘性边界层的影响;基于量子力学从头算得到的氦气声学维里状态方程,获得了热力学温度。对氦气共振频率的测量相对标准偏差小于0.07%,温度测量的信噪比可满足需求,声学温度计与热电偶测温结果差异小于1%。研究结果为未来持续开展极端环境下气体声学温度计的应用研究提供了支持。     

高精密测温电桥的标定与评估

使用RTU和RBC两种精密仪器对中国计量科学研究院中温基准实验室的F900高精密测温电桥进行了标定和评估,分析了不同工作频率、不同输出电流在长杆标准铂电阻温度计测温范围内对测量精度的影响。结果表明:电桥在不同的工作频率下精度的差异比较明显。工作频率为25 Hz时,使用RTU和RBC进行标定的最大测量偏差分别约为0.01 mK和0.06 mK;工作频率为75 Hz时,使用RTU和RBC进行标定的最大测量偏差约为0.08 mK和0.2 mK,且相比出厂时有了较大的漂移。电桥在不同的输出电流下精度的差异非常小,在15 μK以内。采用RTU及RBC对F900测温电桥评价的结果之间相互印证,该结果对中温固定点基准复现过程的不确定度评定提供了数据支撑。     

20—80K低温压力传感器校准系统的研制

针对低温压力传感器的精确测量,设计并搭建了一套20-80 K低温压力传感器校准系统,介绍了系统中恒温试验腔的原理、结构及连接方式,验证了恒温试验腔内温度场的均匀分布。恒温试验腔完全浸没在液氢中,通过温度控制系统调节腔内电加热丝功率,来实现对测试环境温度的控制。试验结果表明,该系统结构紧凑,安全可靠性高,性能稳定,测试温区内变温有良好的温度梯度,温控精度在±0.2 K以内,可通过压力标准源对安装在恒温试验腔内的低温压力传感器进行精确校准。     

自校准地表/水表面红外辐射测温仪的研制

研制了一种具有自校准功能的测量地面或水表面辐射温度的仪器,阐述了该仪器的设计原理、具体结构、测试过程及最终的实验结果。为了验证仪器的性能,进行了定标黑体的发射率测量实验,控温稳定性试验,结果表明黑体发射率高于0.996,控温稳定性优于0.04 K;对各个温度传感器进行了标定校准;完成了控制与数据采集程序的编写;进行了样机的辐射测温实验。最后确定出自校准地水表面红外辐射测温仪的测温范围为223～333 K,测温不确定度为0.2 K。     

100～400K真空红外亮温标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的100~400K真空红外亮温标准黑体辐射源的工作原理、结构、性能测试方法及测试结果。黑体辐射源通过液氮制冷与3温区控制实现了100~400K范围内的温度控制。在真空环境下,测试了其在温度范围100~400K轴向温度均匀性、底部温度稳定性等技术指标,结果表明均匀性优于0.120K,控温稳定性优于0.020K/20min;在室温大气环境下,利用基于控制环境辐射的发射率测量方法测量了黑体空腔发射率,空腔法向发射率为0.9998。采用基于蒙特卡罗黑体发射率仿真计算方法分析轴向温度均匀性对空腔发射率的影响,分析了标准黑体辐射源的不确定度来源,在8~16 μm波长亮度温度的合成标准不确定度优于0.030K。     

基于噪声温度计的铟凝固点热力学温度研究

热力学温度研究表明,国际温标ITS-90定义的一系列固定点与真实热力学温度有一定差异。以量子电压标定的噪声温度计为基础,设计了用于铟凝固点测量的温度探测装置,解决了高温复杂环境下电磁干扰的抑制问题。实验采用研制的噪声温度计系统测量了铟凝固点的热力学温度,测量积分时间100h,在20～500kHz的测量带宽内得到的铟凝固点热力学温度为429.7476K,相对不确定度为11.58×10^-6,与ITS-90给出的铟凝固点值相差0.9mK。实验结果可以为国际温标的修订提供参考。     

A Vacuum Infrared Standard Radiation Thermometer at the PTB

A thermal infrared radiation thermometer was jointly developed by the Physikalisch-Technische Bundesanstalt and Raytek GmbH for temperature measurements from − 150°C to 170°C under vacuum. The radiation thermometer is a purpose-built instrument to be operated with the PTB reduced-background infrared calibration facility. The instrument is a stand-alone system with an airtight housing that allows operation inside a vacuum chamber, attached to a vacuum chamber, and in air. The radiation thermometer will serve to calibrate thermal radiation sources, i.e., blackbody radiators, by comparing their radiance temperature to that of a variable-temperature reference blackbody inside the reduced-background calibration facility. Furthermore, since it can be operated under vacuum and in air, the instrument also allows the water- and ammonia-heat-pipe reference blackbodies of the PTB low-temperature calibration facility operated in air to be compared with the variable-temperature blackbody operated under vacuum. Finally, provided that sufficient long-term stability is achieved, the instrument shall be used as a transfer radiation thermometer to carry and compare the temperature scale of PTB by means of radiation thermometry to remote-sensing calibration facilities outside PTB. The mechanical, optical, and electrical designs of the instrument are reported. Results of investigations on the temperature resolution, size-of-source effect, and the reference function are given. The heat-pipe blackbodies operating in air are compared to the variable-temperature blackbody operated under vacuum by using the vacuum radiation thermometer. References to commercial products are provided for identification purposes only and constitute neither endorsement nor representation that the item identified is the best available for the stated purpose.     

辐射测温学研究进展

系统介绍了近年来辐射测淡不巫基础研究到应用研究的４个研究方向：热力学温度绝对测量，１ＴＳ－９０国际温标复现与比对，辐射法真温测量和应用技术研究，并针对辐射测温学的前沿课题提出了适宜于我国的研究方向。