專利名稱：一種提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法
技術領域：
本發(fā)明涉及儀器儀表領域的輻射溫度計，特別涉及一種提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法。
背景技術：
輻射溫度計是一種高精度的非接觸式測溫儀器，它通過光學系統(tǒng)接收被測物的熱輻射能量而后轉變成電信號，再經過微計算機處理，由顯示器直接將測試的溫度顯示出來。 輻射溫度計內部的微計算機處理信號的依據(jù)，是儀器接收到的熱輻射能量和被測物溫度之間的函數(shù)關系。目前，國內外的輻射溫度計，一律按理想黑體模型的熱輻射規(guī)律來設計，即把被測對象假想成理想黑體，“理想黑體”的具體表現(xiàn)方式是“標準黑體”，該“標準黑體”在世界各國計量法中被列入強制檢定的計量器具目錄。但是，我們面臨的問題是被測物是形形色色的物體，具有各種各樣的熱輻射條件。因此在實際輻射溫度計的應用過程中，必須找出理想黑體的熱輻射規(guī)律和各種實際被測對象的熱輻射規(guī)律之間的關系，才能得到真實的結果。 然而，黑體輻射理論產生于十九世紀末，由于歷史條件的限制，人們根據(jù)經典理論中的基爾霍夫定律，過于簡單化地認為理想黑體和實際被測對象的區(qū)別僅僅是輻射率的不同。因此在尋找理想黑體和實際被測物的熱輻射規(guī)律之間的關系時，遇到了長期難以解決的輻射率修正困難，測溫準確度難以提高。這實際上也是經典理論遇到的諸多困難之一?，F(xiàn)有技術所采用的測量公式和測試方法的原理如下一、采用理想黑體物理模型的原理理想黑體是一個理想化的物理模型，它表現(xiàn)的是能夠完全吸收入射輻射并具有最大發(fā)射率的物體，其光譜輻射能量可用Plank公式表述E0(AT) = C1A 5(e°2UT -Ι)'①在公式①中，EJ λ . Τ)為黑體發(fā)射的光譜輻射通量密度，單位為WcnT2 · μ πΓ1 = 3.74X10_12W*cm_2，稱為第一輻射常數(shù)；C2 = 1. 44cm ·Κ，稱為第二輻射常數(shù)；λ為光譜輻射時的波長，單位為μ m;T為黑體的理想溫度，單位為K。以上只是理想黑體標準的物理模型，而自然界中實際存在的物體(被測對象)，其吸收能力及輻射能力都比理想黑體小(稱之為灰體)。為了修正理想黑體與灰體之間的誤差值，人們又設計了與實際相接近的物理模型，該灰體的光譜輻射能量公式為E ( λ · Τ) = ε ( λ · T) E0 ( λ · T)②
該公式中ε (λ. Τ)為被測對象在溫度為Τ、輻射波長λ時的輻射率，0< ε (λ.Τ)<1。公式②說明，可以按照黑體熱輻射規(guī)律來設計輻射溫度計，即假設光學系統(tǒng)接收到的熱輻射與成比例，然后采用調整參數(shù)ε (λ.Τ)的方法來提高測試精度。但輻射溫度計實際接收到的熱輻射是與Ε(λ.Τ)成比例的。因此在使用輻射溫度計時，必須求出被測對象的ε (λ.Τ)的數(shù)值，即進行輻射率修正方可。遺憾的是，輻射率ε (λ.Τ)與被測對象的材料、表面狀態(tài)、波長、溫度以及輻射條件、環(huán)境因素均有復雜的關系，不能寫出具體的表達式，因此，用戶很難準確地確定ε (λ.Τ)的數(shù)值，這就是目前使用輻射溫度計時遇到的輻射率修正困難。二、采用目前公知的輻射溫度計中微機處理信號的物理模型(按工作方式分為窄帶和寬帶)1.對于工作波段為窄帶的輻射溫度計
權利要求
1.一種提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)通過溫度標準測量儀器測出被測對象的標準溫度值Ti，通過處于校準狀態(tài)下的輻射溫度計測出被測對象的熱輻射信號電壓Ui (Ti)，其中，i = 1,2,3,4……N，N的取值為正整數(shù)，將測得的所述標準溫度值Ti和所述熱輻射信號電壓Ui (Ti)輸入到安裝有物理模型的PC機上進行數(shù)據(jù)處理，獲取反映能級結構的參數(shù)；所述物理模型具體包括對于工作波段為窄帶的輻射溫度計，采用的物理模型為U(T) =A(W-I)-1適當?shù)剡x擇工作波段后，簡化為，當工作波段為較短波時，U(T) = A(eB/T)；當工作波段為很長波時，U(T) =AT+B;將數(shù)據(jù)輸入物理模型并作最小二乘法擬合，求出反映能級結構的參數(shù)A、B;對于工作波段為寬帶的輻射溫度計，采用的物理模型為 υ{Τ) = ]Α(λ)(θβ(λ)ιτ ^y dA其中，Α(λ) =C1A-5 ；Β(λ) =-C2/X，適當?shù)剡x擇工作波段后，簡化為，當工作波段為較短波時，U(T)[々!"、!^+(！^^；當工作波段為很長波時力⑴=AT+B ；將數(shù)據(jù)輸入該物理模型并作最小二乘法擬合，求出反映能級結構的參數(shù)A、B、C、D或A、B ；對于工作波段為無窮帶寬時的輻射溫度計，采用的物理模型為U (T) = ATB將數(shù)據(jù)輸入該物理模型并作最小二乘法擬合，求出反映能級結構的參數(shù)A、B ；(2)將獲取到的所述反映能級結構的參數(shù)輸入到輻射溫度計系統(tǒng)內，實現(xiàn)對所述輻射溫度計的校準；(3)使所述輻射溫度計進入測溫狀態(tài)并對被測對象實施測溫，通過光學系統(tǒng)接收到被測對象的輻射能量值；(4)通過所述輻射溫度計系統(tǒng)內的PC機或單片機根據(jù)物理模型進行運算處理，獲取被測對象的溫度值；(5)將所述溫度值通過顯示器予以顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，其特征在于， 所述輻射溫度計有確定被測對象反映能級結構參數(shù)的數(shù)值和確定被測對象溫度的數(shù)值兩種功能。
3.根據(jù)權利要求1所述的提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，其特征在于，步驟O)中所述將獲取到的所述反映能級結構的參數(shù)輸入到輻射溫度計系統(tǒng)內，實現(xiàn)對輻射溫度計的校準，具體包括將獲取到的反映能級結構的參數(shù)A、B輸入到輻射溫度計系統(tǒng)內，實現(xiàn)窄帶工作波段輻射溫度計的校準；將獲取到的反映能級結構的參數(shù)A、B、C、D或A、B輸入到輻射溫度計系統(tǒng)內，實現(xiàn)寬帶工作波段輻射溫度計的校準；將獲取到的反映能級結構的參數(shù)A、B輸入到輻射溫度計系統(tǒng)內，實現(xiàn)工作波段為無窮帶寬時輻射溫度計的校準。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，其特征在于，所述將獲取到的反映能級結構的參數(shù)輸入到輻射溫度計系統(tǒng)內，具體通過鍵盤輸入方式或數(shù)據(jù)傳輸方式輸入到所述輻射溫度計系統(tǒng)內。
5.根據(jù)權利要求1所述的提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，其特征在于，步驟(4)中所述通過所述輻射溫度計系統(tǒng)內的PC機或單片機根據(jù)物理模型進行運算處理，獲取被測對象的溫度值，具體為通過所述輻射溫度計系統(tǒng)內的PC機或單片機根據(jù)窄帶物理模型或寬帶物理模型或無窮帶寬物理模型進行運算處理，獲取被測對象的溫度值。
6.根據(jù)權利要求1所述的提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，其特征在于，所述溫度標準測量儀器具體為標準鉬電阻溫度計或標準熱電偶溫度計或者標準水銀溫度計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高輻射溫度計測溫準確度的量子論修正方法，涉及儀器儀表領域的輻射溫度計，本發(fā)明采用有效的物理模型進行數(shù)據(jù)的處理，采用鍵盤的輸入方式或數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮斎敕绞?，獲取到反映能級結構的參數(shù)，并最終獲取到被測對象的溫度值，在顯示器上顯示出來。本發(fā)明提供的方法，有效地克服了人們在用“輻射率修正”方法來提高輻射溫度計的測溫準確度時遇到的，很難準確地確定“輻射率”ε(λ.T)的具體數(shù)值等困難，使輻射溫度計的測溫準確度得到大幅度提高。
文檔編號G01J5/52GK102374902SQ20101025026
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權日2010年8月11日
發(fā)明者曹柏林, 曹銳, 譚成章 申請人:曹柏林