[发明专利]一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外辐射测温技术，具体为一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法。

背景技术

尿素水解制氨工艺的关键问题在于提高反应釜的耐腐蚀性，从而延长反应釜工作寿命。新的金属材料和涂层工艺被尝试用于改进反应釜内部结构，为深入研究这些新材料在尿素水解过程中的蠕变特性和热传导均匀性，需要精确测量喷涂新金属材料后的反应釜内壁工作温度。

传统的金属温度测量装置采用热电偶，如中国专利CN201310144605公开的固态金属内部温度测量装置及方法和中国专利CN201220599006公开的锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，其工作寿命长、测量准确、安全可靠，但往往布置困难，在很多场合难以应用。固态金属作为非容积辐射，其出射辐射强度决定于金属表面温度，这就为辐射处理方法测量金属表面温度分布提供了可行性。基于彩色CCD三基色的双色法在火焰温度测量领域得到广泛应用，如中国专利CN101476942所提供的一种基于彩色CCD的辐射温度场测量装置及方法；并衍生出众多基于多光谱辐射的测温装置和方法，如中国专利CN201293684所提供的三通道实时测温热像仪，和中国专利CN201310633736所提供的一种多光谱辐射测温装置及方法，以及中国专利CN201310593874所提供的便携式光纤辐射测温仪及其测量方法，这些方法利用辐射源在两个或多个波长下的色度信号的比值来求解温度分布，其误差主要决定于所选波长的间隔，误差难以控制。针对低温对象，红外辐射测温装置及方法在各种不同设备上得到推广应用，如中国专利CN201310481620提供的一种红外辐射精确测温方法，和中国专利CN201210380850提供的化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置及其校准方法，但其都无法解决对辐射源发射率的确定问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种反映真实温度分布，能够测量辐射率，非接触式，高精度的测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法，包括如下步骤，

1)通过黑体炉对红外CCD摄像机和光谱仪进行标定，建立光谱信号与辐射强度信号间的对应关系；

2)利用光谱仪接收金属表面在不同波长下的辐射光谱信号，由标定数据计算出参考点温度及辐射率；

3)利用红外CCD摄像机拍摄金属表面红外辐射图像，根据每个像素点与参考点的单色辐射强度比值，计算得到金属表面温度分布图像，即为金属表面真实温度分布。

优选的，步骤1)中，建立的对应关系表示为如下的拟合关系式，

I_λ/(S_λ/E_x)＝f(λ)

Iλ1=g(G)]]>

其中：I_λ为单色辐射强度，单位为W/m²/sr；λ为波长，单位为m；S_λ为光谱仪绝对光谱信号，单位为W/m³/sr；E_x为光谱仪曝光时间，单位为ms；G为红外CCD图像灰度信号；f和g为拟合关系式。

优选的，在步骤2)中，利用光谱仪接收金属表面参考点在不同波长下的绝对光谱信号S_λ，根据标定拟合关系式f转换为连续波长下的单色辐射强度信号，选用窄谱带比色法通过如下公式计算参考点温度及单色辐射率；