Вплив випромінювальних характеристик металевих сплавів на методичні похибки двокольорової компенсаційної та класичної термометрії

Abstract

Досліджено методичні похибки двокольорової компенсаційної та класичної енергетичної й спектрального відношення пірометрії випромінювання під впливом змінних випромінювальних характеристик металевих сплавів. Випромінювальні характеристики кількісно оцінено за допомогою середнього рівня випромінювальної здатності та коефіцієнта селективності. Середніми (настроювальними) значеннями цих параметрів вибрано такі, що відповідають вольфраму в вакуумі за температури 1600 К (за довжин хвиль 0,7 та 0,9 мкм), а діапазони їх змін – відповідно до умов в металургійних печах та в агрегатах. Відповідно до настроювальних значень випромінювальних характеристик введено поправки в математичні моделі класичної, а також двокольорової компенсаційної пірометрії випромінювання і розраховано методичні похибки. На основі аналізу математичних моделей методів пірометрії випромінювання встановлено закономірності впливу середнього рівня випромінювальної здатності та коефіцієнта селективності на методичні похибки. На відміну від класичної пірометрії випромінювання, методичні похибки двокольорової компенсаційної термометрії практично не залежать від коефіцієнта селективності. Це є перевагою двокольорової компенсаційної термометрії та дає змогу мінімізувати похибки безконтактних вимірювань температури металевих сплавів, вкритих прозорими та напівпрозорими оксидними плівками, які спричиняють істотні зміни коефіцієнта селективності. Визначено відхилення середнього рівня випромінювальної здатності від настроювального, за яких модулі методичних похибок двокольорової компенсаційної термометрії не перевищують 1,0 % та 0,5 %. Вони становлять ±0,042 та ±0,020, відповідно. У металургії найпоширеніший комплексний вплив випромінювальних характеристик на методичні похибки оптичної термометрії. Тому, залежно від співвідношення випромінювальних характеристик, змінюватиметься співвідношення похибок досліджених методів. Визначено функціональну залежність коефіцієнта селективності від середнього рівня випромінювальної здатності, за якої похибки всіх розглянутих методів рівні. Під комплексним впливом середнього рівня випромінювальної здатності та селективності її спектрального розподілу похибки двокольорової компенсаційної пірометрії випромінювання менші від похибок класичної інфрачервоної енергетичної пірометрії випромінювання, а також термометрії спектрального відношення відповідно в 1,04–1,26 та 1,21–1,57 разу.

Investigations of methodical errors of two-color compensative and classical energy and spectral ratio pyrometry are performed under conditions of changeable radiative characteristics of metal alloys. To quantitatively estimate the radiative characteristics we proposed such parameters as an average level of emissivity and selectivity factor. As average (adjustment) values of these parameters we chose the values, which correspond to tungsten in vacuum with temperature 1600 K (for wavelengths 0.7 and 0.9 μm). The ranges of changes of these parameters correspond to metallurgical furnaces and aggregates conditions in optimal sighting zones. In accordance with adjustment values of radiative characteristics the corrections in mathematical models of classical and two-color compensative thermometry were made. On the base of analysis of thermometry methods mathematical models influence regularities of emissivity average level and selectivity coefficient on methodical errors are established. As distinct from classical thermometry, methodical errors of two-color compensative thermometry practically don’t depend on selectivity factor. This fact is advantage of two-color compensative thermometry. In such a way we can minimize the errors of contactless temperature measurements of metal alloys coated by transparent and semitransparent oxide films. These films cause significant changes in the selectivity factor. The deviations of average level of emissivity from adjustment value which cause methodical errors absolute values 1.0 % and 0.5 % are determined. They are ±0.042 and ±0.020, correspondingly. The complex influence of radiative characteristics on methodical errors of optical thermometry is the most widespread in metallurgy. That is why the ratio of investigated methods errors will change depending on ratio of radiative characteristics. The function between the selectivity factor and the average level of emissivity which demands the equality of methodical errors of all investigated methods is determined. Under the complex influence of average level of emissivity and selectivity factor the errors of two-color compensative thermometry are lower than the errors of infrared classical energy and spectral ratio thermometry in 1.04–1.26 and 1.21–1.57 times, respectively.