On accuracy of contactless temperature measurement limited by unknown emissivity factor

Abstract

У роботі вивчаються методи безконтактного вимірювання температури, точність яких обмежується багатьма чинниками, головним з яких вважають коефіцієнт чорноти контрольованої поверхні об’єкта. Саме незнання цього фактора визначає методичну складову похибки вимірювання. Вона притаманна не лише пірометричним засобам, але й тепловізійним, які саме тому належать до якісних засобів вимірювання температури. Вони є основними приладами для проведення енергетичного аудиту будівель та споруд, стандартизації та сертифікації теплотехнічних матеріалів. Завдяки дослідженню розробляється метод визначення коефіцієнта випромінювальної здатності матеріалу, що уможливлює високоточне вимірювання теплових потоків. А це, своєю чергою, дає змогу характеризувати з високою достовірністю теплоізоляційні, будівельні матеріали і створити підстави для встановлення придатності будівельних конструкцій та споруд на відповідність державним і міжнародним стандартам. Крім того, завдяки виконаній роботі можна змінити конструкцію технічних пірометрів, а саме пірометрів випромінювання, у сфері високоточних вимірювань температури у промислових та лабораторних умовах, оскільки визначення коефіцієнта випромінювальної здатності сприяє точному вимірюванню теплових потоків. Результату досягають за рахунок визначення згаданого коефіцієнта речовини за допомогою повторних вимірювань тієї самої поверхні тіла з цільовою зміною температури чутливого елемента засобу вимірювання, використовуючи незалежне джерело тепла. Це дає змогу підвищити точність вимірювань теплового потоку, випромінюваного будь-яким тілом.

The major error of temperature measurements of different objects is due to uncertainty of their emissivity factor value. And vice versa, for correct determination of a true temperature, using conventional temperature means (pyrometers, thermal image cameras), one has to know in advance the emissivity factor of the studied object’s surface or better to set its value in place immediately before a measurement. The latter is proposed by authors to significantly increase the accuracy of temperature measurement. Namely, it needs to change previously the temperature of the sensitive element of a measuring mean and carry out measurements. The similar procedure is performed under the unchanged temperature condition. The difference between temperature readings of the same point of the studied surface gives the possibility to compute an emissivity factor. It improves the measurement accuracy. Derived equations allow fulfilling the specified operation at different temperature differences of the sensitive element.