Двухволновой пирометр, это серьёзно
Ссылка на
страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой пирометров (ИК термометров), а также рекомендуемые приборы и статьи для
дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела
Общее
В статье представлено сравнение результатов
измерений температуры поверхности, полученных с помощью тепловизионной камеры и
скоростного пирометра при испытании на растяжение стальных образцов, приводящем
к образованию шейки и разрушению. Тепловизионная камера Inframetrics 760 (частота кадров - 50
Гц) с системой высокоскоростного хранения данных и новый разработанный быстродействующий
двухволновой пирометр с временем выборки 0,2 мс были независимо использованы
для измерения температуры. Показано, что адекватная конструкция двухволнового
пирометра обеспечивает более точные измерения температуры за счет компенсации
изменений излучательной способности поверхности исследуемого материала. Данные,
полученные с помощью пирометра, позволяют также лучше интерпретировать
распределения температуры поверхности.
Введение
Исследования механических свойств металлов и
их сплавов могут быть дополнены измерениями температуры. Типичным примером
таких исследований является испытание материалов, где изменения температуры,
сопровождающие процесс деформации, несут информацию о трансформации
микроструктуры материала и распределении напряжений. При разрыве тепловые
эффекты происходят быстро за относительно короткое время. Это требует
применения измерителя температуры с малым временем измерения. Типичные
тепловизионные камеры и пирометры не обеспечивают полного набора данных,
необходимых для корректной интерпретации временных характеристик физических
процессов. Таким образом, необходимо разрабатывать новые приборы, измеряющие
температуру за очень короткое время.
В статье представлено сравнение результатов
измерений температуры поверхности, полученных при испытании на растяжение
стальных образцов, приводящем к образованию шейки и разрушению. Для измерения
температуры независимо друг от друга применялись тепловизионная камера Inframetrics 760 (частота кадров - 50
Гц) с системой высокоскоростного хранения данных и новый разработанный
быстродействующий двухволновой пирометр со временем выборки 0,2 мс.
Двухволновой пирометр был выбран потому, что его измерения не зависят от
изменения излучательной способности поверхности образца. При этом имеется
возможность выбора адекватной измерительной области, оптимальной по отношению к
размерам исследуемого образца.
Исследование
Результаты измерений температуры, полученные с помощью тепловизионной камеры, сравнивались с результатами, полученными с помощью двухволнового пирометра. Схема пирометра представлена на рис. 1. Это прибор, приспособленный для сверхбыстрых измерений. В ходе эксперимента частота дискретизации на два порядка превышала частоту тепловизионной камеры и составляла около 5 кГц. Количество полученных данных позволяет проводить их дополнительную обработку, например, усреднение без потери информации о быстрых изменениях. Оптические рабочие полосы выбирались с учетом прогнозируемого диапазона измеряемых температур, т. е. 50 °C - 150 °C. Разделение определяемых полос излучения обеспечивается за счет применения следующих интерференционных фильтров: Фильтр I - 5,46 µ м и Фильтр II - 4,5 µ м. При этом использовались детекторы со спектральными характеристиками, обеспечивающими максимальный сигнал. Детектор I относится к типу PDI и оптимизирован для длины волны 5,5 µм.

1: Схема двухволнового быстрого пирометра.
Детектор II представляет собой фотоприемник PbSe. Для требуемого отношения сигнал/шум применялись интерференционные фильтры относительно широкой полосы пропускания, например, для фильтра II µ = 5460 нм эта полоса имеет полуширину 500 нм. Измерительная площадь пирометра составляла 1х1 мм2.

Выводы
Результаты, полученные на начальном этапе
эксперимента с помощью тепловизионной камеры, согласуются с результатами
двухволнового пирометра, но они отличаются для более высоких температур.
Разница возникает из-за того, что значение излучательной способности для камеры
было указано как постоянное, в то время как двухволновой пирометр измеряет
температуру независимо от значения излучательной способности. Образец не был
серым телом в рассматриваемом диапазоне температур, и его излучательная
способность является медленно меняющейся функцией ряда параметров. Изменение
излучательной способности образца происходит, в том числе, из-за изменения
температуры (для металлов (~χT) и динамических изменений
поверхности образца. Например, для класса материалов, к которому относится
исследуемый материал, увеличение среднеквадратичного отклонения шероховатости с
3 до 4 µм приводит к изменению излучательной способности на 20% [4].
Дополнительным достоинством двухволнового пирометра является его низкая
чувствительность к изменению состояния измеряемой поверхности. Благодаря этому
измерения температуры, выполненные с помощью пирометра, более репрезентативны
для конечной фазы эксперимента, чем с помощью тепловизионной камеры. Было
показано, что адекватная конструкция двухволнового пирометра обеспечивает более
точные измерения температуры за счет компенсации изменений излучательной
способности поверхности исследуемого материала. Данные, полученные с помощью
пирометра, также позволяют лучше интерпретировать распределения температуры
поверхности.
Магазин Gtest® - авторизованный поставщик пирометров в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/pirometry
