| Оглавление | 3
|
| Предисловие | 7
|
| Введение | 9
|
| Список литературы | 22
|
| Глава 1. Способы представления исходных данных. Оценки интервала, к которому принадлежит искомая температура | 24
|
| 1.1. Генерирование исходных данных в виде спектрального распределения интенсивностей Ic (λi) | 24
|
| 1.2. Исходные данные задаются в виде спектрального распределения относительных интенсивностей εf (λi, Tf) = Ic (λi)/I0(λi, Tf) | 27
|
| 1.3. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения яркостных температур 1/Trad (λi) и Trad (λi). Оценки величины искомой температуры | 32
|
| 1.4. Исходные данные заданы в виде зависимости c2/(λTrad) от 1/λ | 37
|
| 1.5. Обсуждение и выводы | 45
|
| Список литературы | 47
|
| Глава 2. Использование «серого» приближения для оценки истинной температуры материала по спектральному распределению обратных яркостных температур: графический аспект | 48
|
| 2.1. Зависимость ln ε от λ линейно убывает в заданном спектральном интервале | 52
|
| 2.2. Зависимость ln ε от λ линейно возрастает в заданном спектральном интервале | 58
|
| 2.3. Пример использования распределения обратных яркостных температур образца из вольфрама для оценки его истинной температуры | 61
|
| 2.4. Выбор спектрального интервала (спектрального окна) | 69
|
| 2.5. Обсуждение и выводы | 72
|
| Список литературы | 74
|
| Глава 3. Формы представления исходных экспериментальных данных и методы определения истинной температуры объекта измерения по спектру теплового излучения | 75
|
| 3.1. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения интенсивностей Ic (λi) | 76
|
| 3.2. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения относительных излучательных способностей. Метод решения системы уравнений и проверка адекватности модели для ε (λi) | 77
|
| 3.2.1. Особенности постановки задачи и критерии адекватности моделей для ε входным данным | 77
|
| 3.2.2. Результаты вычислений. Проверка адекватности модели для ε входным данным | 80
|
| 3.3. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения яркостных температур 1/Trad (λi) и Trad (λi) | 91
|
| 3.3.1. Исходная система уравнений и особенности метода решения | 91
|
| 3.3.2. Результаты вычислений. Анализ точности | 92
|
| 3.3.3. Уточнение решения системы (3.27) по Планку | 100
|
| 3.4. Обсуждение и выводы | 101
|
| Список литературы | 105
|
| Глава 4. Определение температуры материала по максимуму спектрального излучения | 106
|
| 4.1. Вывод формулы производной интенсивности собственного излучения по длине волны в точке максимума излучения объекта | 106
|
| 4.2. Отклонение от закона смещения Вина для реальных материалов | 110
|
| 4.3. Вычислительный эксперимент | 112
|
| 4.4. Обсуждение и выводы | 114
|
| Список литературы | 115
|
| Глава 5. Об определении температуры в присутствии потоков падающего излучения. Косвенная оценка температуры путем сравнения потоков излучения | 116
|
| 5.1. Основные соотношения | 116
|
| 5.2. Все тела системы имеют одну и ту же термодинамическую температуру | 118
|
| 5.3. Косвенная оценка истинной температуры объекта путем сравнения потоков излучения | 120
|
| 5.3.1. Идентификация объекта, температура которого превышает допустимую величину | 120
|
| 5.3.2. Идентификация человека, температура которого превышает допустимую величину | 123
|
| 5.4. Обсуждение и выводы | 125
|
| Список литературы | 126
|
| Послесловие | 127
|
| Приложение А. Основные понятия, определения. Законы теплового излучения | 130
|
| 1. Основные определения | 130
|
| 2. Законы излучения абсолютно черного тела | 138
|
| 3. Основные радиационные свойства поверхностей | 142
|
| 4. Условные температуры и их связь с термодинамической (истинной) температурой непрозрачного тела | 144
|
| 5. Соотношения между излучательной, поглощательной, отражательной и пропускательной способностью. Закон Кирхгофа | 151
|
| 6. Закон Бугера | 154
|
| 7. Специфика определения спектральной интенсивности объекта наблюдения через смотровое окно | 155
|
| 7.1. Экспериментальный способ учета ослабления излучения смотровым окном | 156
|
| 7.2. Расчетный способ учета ослабления излучения смотровым окном | 156
|
| Список литературы | 159
|
| Приложение Б. Спектральная излучательная способность вольфрама | 160
|
Как известно, чтобы определить термодинамическую (истинную) температуру материала с помощью термометра (пирометра) излучения, необходимо знать излучательную способность места визирования. В свою очередь излучательная способность зависит от температуры, длины волны излучения, направления визирования, шероховатости поверхности и ряда других факторов и, как правило, предварительно неизвестна с требуемой точностью.
Одним из выходов из этой ситуации может быть определение искомой температуры на основании зарегистрированного спектра теплового излучения.
Суть этого подхода заключается в том, что для данного спектрального интервала выбирается параметрическая модель спектрального распределения излучательной способности места визирования; затем, на основании данных эксперимента, записывается соответствующая система уравнений, решая которую получают значения искомой температуры и параметров модели.
Однако, состояние разработки этой проблемы таково, что в некоторых справочных изданиях, посвященных способам определения температуры по излучению, не рекомендуются использовать методы определения температуры по зарегистрированному спектру излучения (см., например, фундаментальную двухтомную монографию Experimental Methods in the Physical Sciences: Radiometric Temperature Measurements: I. Fundamentals / Eds. by Zhang Z. M., Tsai B. K., Mashin G. Experimental Methods in the Physical Sciences. V. 42. Elsevier, 2009. 343 p., V. 43. Elsevier, 2010. 478 p.).
Основная причина — отсутствие системы критериев выбора для двух альтернативных подходов. Первый подход, когда для определения истинной температуры достаточно предварительной информации о монохроматической излучательной способности материала визируемого объекта. Второй подход, когда величина излучательной способности неизвестна и для определения искомой температуры необходимо зарегистрировать спектр теплового излучения (с необходимой степенью подробности) в выбранном спектральном интервале. В конечном счете, это выливается в оценку точности определения истинной температуры в соответствии с каждым из подходов.
Данная книга — это попытка показать перспективность методов многоволновой термометрии, несмотря на трудности, которые возникают при создании методов и их технической реализации.
Появление этой книги связано еще и с тем, что в Объединенном институте высоких температур Российской академии наук многие годы работал известный энтузиаст и пропагандист многоволновой пирометрии излучения проф., д. т. н. Д. Я. Свет. Он не только создавал новые методы, но и реализовывал их на практике в виде пирометров излучения оригинальной конструкции.
Книга написана, в основном, по опубликованным работам автора и не претендует на полный охват темы.
Выражаю глубокую благодарность и признательность Г. Л. Поляку, В. Н. Адрианову, Б. А. Хрусталеву, И. М. Мазилину, В. Э. Пелецкому, С. Г. Агабабову, А. А. Поскачею, Л. Н. Рыжкову, Д. П. Царапкину, с которыми мне на протяжении ряда лет довелось общаться и сотрудничать в прошлом, а также коллегам по Объединенному институту высоких температур Российской академии наук: В. А. Пет¬рову, Е. Н. Шестакову, С. В. Степанову, А. Ю. Башарину, В. Н. Сенченко, Б. Б. Зеленеру — за полезные дискуссии и конструктивную критику.
Особую благодарность и признательность выражаю проф., д. ф.-м. н. А. С. Леонову, который обратил внимание автора на возможность использования методов решения некорректно поставленных задач, и который на конкретных примерах продемонстрировал, как эти подходы можно реализовать на компьютере, а также Б. Н. Самсонову за ценные советы и помощь в области программного компьютерного обеспечения.
В заключение выражаю сердечную благодарность жене Т. М. Русиной за помощь при написании книги и поддержу.
Русин Сергей Петрович
Старший научный сотрудник Объединенного института высоких температур Российской академии наук, кандидат технических наук, доцент. Соавтор двух книг по термометрии. Книга С. П. Русина и В. Э. Пелецкого «Тепловое излучение полостей» (М.: Энергоатомиздат, 1987), была награждена почетным дипломом Московского общества испытателей природы. Область научных интересов: теплоперенос излучением, определение температуры по тепловому излучению, процессы самоорганизации.
