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专利名称：一种提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法
技术领域：
本发明涉及仪器仪表领域的辐射温度计，特别涉及一种提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法。
背景技术：
辐射温度计是一种高精度的非接触式测温仪器，它通过光学系统接收被测物的热辐射能量而后转变成电信号，再经过微计算机处理，由显示器直接将测试的温度显示出来。 辐射温度计内部的微计算机处理信号的依据，是仪器接收到的热辐射能量和被测物温度之间的函数关系。目前，国内外的辐射温度计，一律按理想黑体模型的热辐射规律来设计，即把被测对象假想成理想黑体，“理想黑体”的具体表现方式是“标准黑体”，该“标准黑体”在世界各国计量法中被列入强制检定的计量器具目录。但是，我们面临的问题是被测物是形形色色的物体，具有各种各样的热辐射条件。因此在实际辐射温度计的应用过程中，必须找出理想黑体的热辐射规律和各种实际被测对象的热辐射规律之间的关系，才能得到真实的结果。 然而，黑体辐射理论产生于十九世纪末，由于历史条件的限制，人们根据经典理论中的基尔霍夫定律，过于简单化地认为理想黑体和实际被测对象的区别仅仅是辐射率的不同。因此在寻找理想黑体和实际被测物的热辐射规律之间的关系时，遇到了长期难以解决的辐射率修正困难，测温准确度难以提高。这实际上也是经典理论遇到的诸多困难之一。现有技术所采用的测量公式和测试方法的原理如下一、采用理想黑体物理模型的原理理想黑体是一个理想化的物理模型，它表现的是能够完全吸收入射辐射并具有最大发射率的物体，其光谱辐射能量可用Plank公式表述E0(AT) = C1A 5(e°2UT -Ι)'①在公式①中，EJ λ . Τ)为黑体发射的光谱辐射通量密度，单位为WcnT2 · μ πΓ1 = 3.74X10_12W*cm_2，称为第一辐射常数；C2 = 1. 44cm ·Κ，称为第二辐射常数；λ为光谱辐射时的波长，单位为μ m;T为黑体的理想温度，单位为K。以上只是理想黑体标准的物理模型，而自然界中实际存在的物体(被测对象)，其吸收能力及辐射能力都比理想黑体小(称之为灰体)。为了修正理想黑体与灰体之间的误差值，人们又设计了与实际相接近的物理模型，该灰体的光谱辐射能量公式为E ( λ · Τ) = ε ( λ · T) E0 ( λ · T)②
该公式中ε (λ. Τ)为被测对象在温度为Τ、辐射波长λ时的辐射率，0< ε (λ.Τ)<1。公式②说明，可以按照黑体热辐射规律来设计辐射温度计，即假设光学系统接收到的热辐射与成比例，然后采用调整参数ε (λ.Τ)的方法来提高测试精度。但辐射温度计实际接收到的热辐射是与Ε(λ.Τ)成比例的。因此在使用辐射温度计时，必须求出被测对象的ε (λ.Τ)的数值，即进行辐射率修正方可。遗憾的是，辐射率ε (λ.Τ)与被测对象的材料、表面状态、波长、温度以及辐射条件、环境因素均有复杂的关系，不能写出具体的表达式，因此，用户很难准确地确定ε (λ.Τ)的数值，这就是目前使用辐射温度计时遇到的辐射率修正困难。二、采用目前公知的辐射温度计中微机处理信号的物理模型(按工作方式分为窄带和宽带)1.对于工作波段为窄带的辐射温度计
权利要求
1.一种提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)通过温度标准测量仪器测出被测对象的标准温度值Ti，通过处于校准状态下的辐射温度计测出被测对象的热辐射信号电压Ui (Ti)，其中，i = 1,2,3,4……N，N的取值为正整数，将测得的所述标准温度值Ti和所述热辐射信号电压Ui (Ti)输入到安装有物理模型的PC机上进行数据处理，获取反映能级结构的参数；所述物理模型具体包括对于工作波段为窄带的辐射温度计，采用的物理模型为U(T) =A(W-I)-1适当地选择工作波段后，简化为，当工作波段为较短波时，U(T) = A(eB/T)；当工作波段为很长波时，U(T) =AT+B;将数据输入物理模型并作最小二乘法拟合，求出反映能级结构的参数A、B;对于工作波段为宽带的辐射温度计，采用的物理模型为 υ{Τ) = ]Α(λ)(θβ(λ)ιτ ^y dA其中，Α(λ) =C1A-5 ；Β(λ) =-C2/X，适当地选择工作波段后，简化为，当工作波段为较短波时，U(T)[々!"、!^+(！^^；当工作波段为很长波时力⑴=AT+B ；将数据输入该物理模型并作最小二乘法拟合，求出反映能级结构的参数A、B、C、D或A、B ；对于工作波段为无穷带宽时的辐射温度计，采用的物理模型为U (T) = ATB将数据输入该物理模型并作最小二乘法拟合，求出反映能级结构的参数A、B ；(2)将获取到的所述反映能级结构的参数输入到辐射温度计系统内，实现对所述辐射温度计的校准；(3)使所述辐射温度计进入测温状态并对被测对象实施测温，通过光学系统接收到被测对象的辐射能量值；(4)通过所述辐射温度计系统内的PC机或单片机根据物理模型进行运算处理，获取被测对象的温度值；(5)将所述温度值通过显示器予以显示。
2.根据权利要求1所述提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，其特征在于， 所述辐射温度计有确定被测对象反映能级结构参数的数值和确定被测对象温度的数值两种功能。
3.根据权利要求1所述的提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，其特征在于，步骤O)中所述将获取到的所述反映能级结构的参数输入到辐射温度计系统内，实现对辐射温度计的校准，具体包括将获取到的反映能级结构的参数A、B输入到辐射温度计系统内，实现窄带工作波段辐射温度计的校准；将获取到的反映能级结构的参数A、B、C、D或A、B输入到辐射温度计系统内，实现宽带工作波段辐射温度计的校准；将获取到的反映能级结构的参数A、B输入到辐射温度计系统内，实现工作波段为无穷带宽时辐射温度计的校准。
4.根据权利要求1或3所述的提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，其特征在于，所述将获取到的反映能级结构的参数输入到辐射温度计系统内，具体通过键盘输入方式或数据传输方式输入到所述辐射温度计系统内。
5.根据权利要求1所述的提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，其特征在于，步骤(4)中所述通过所述辐射温度计系统内的PC机或单片机根据物理模型进行运算处理，获取被测对象的温度值，具体为通过所述辐射温度计系统内的PC机或单片机根据窄带物理模型或宽带物理模型或无穷带宽物理模型进行运算处理，获取被测对象的温度值。
6.根据权利要求1所述的提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，其特征在于，所述温度标准测量仪器具体为标准钼电阻温度计或标准热电偶温度计或者标准水银温度计。
全文摘要
本发明公开了一种提高辐射温度计测温准确度的量子论修正方法，涉及仪器仪表领域的辐射温度计，本发明采用有效的物理模型进行数据的处理，采用键盘的输入方式或数据传输的输入方式，获取到反映能级结构的参数，并最终获取到被测对象的温度值，在显示器上显示出来。本发明提供的方法，有效地克服了人们在用“辐射率修正”方法来提高辐射温度计的测温准确度时遇到的，很难准确地确定“辐射率”ε(λ.T)的具体数值等困难，使辐射温度计的测温准确度得到大幅度提高。
文档编号G01J5/52GK102374902SQ20101025026
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者曹柏林, 曹锐, 谭成章 申请人:曹柏林