Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы
1.1 Использование температурных шкал при измерении высоких температур 10
1.2 Оптические методы измерения высоких температур 13
1.3 Современные методы температурного контроля 23
Выводы 26
Глава 2. Метод определения высоких температур без приближения Вина
2.1 Полихроматический метод определения температуры без приближения Вина 27
2.2 Методическая и инструментальная погрешности определения температуры без приближения Вина 33
Выводы 44
Глава 3. Метод минимизации погрешностей определения температуры
3.1. Моделирование спектрального распределения коэффициента излучения 45
3.2 Эквивалентная длина волны и е влияние на погрешность 71
Выводы 75
Глава 4. Экспериментальные исследования в области высоких и экстремально высоких температур
4.1 Эксперименты по определению температуры катода плазмотрона... 77
4.2 Эксперименты по определению температуры металлов при нагревании токовым импульсом 82
Выводы 87
Глава 5. Метод анализа спектрального коэффициента излучения объектов с использованием данных о спектре собственного теплового излучения
5.1 Метод анализа спектрального коэффициента излучения объектов... 89
5.2 Эксперименты по исследованию спектрального коэффициента
излучения объектов по спектру теплового излучения 92
Выводы 109
Заключение 111
Список цитированной литературы
- Современные методы температурного контроля
- Методическая и инструментальная погрешности определения температуры без приближения Вина
- Эквивалентная длина волны и е влияние на погрешность
- Эксперименты по определению температуры металлов при нагревании токовым импульсом
Введение к работе
Актуальность темы:
Современные исследования в области бесконтактного измерения и контроля температуры и поверхностных свойств объектов и материалов при экстремально высоких температурах нуждаются в использовании новых подходов, позволяющих решать поставленные задачи в экстремальных условиях при наличии агрессивных сред и высокой скорости протекания изучаемых процессов.
В частности, при исследованиях свойств материалов в ходе воздействия на них лазерного излучения, либо нагреве их с помощью токового разряда, свойства веществ изменяются в течение нескольких долей секунды, что затрудняет использование справочных данных о материалах, указанных для детерминированных состояний веществ. Наличие же помех, обусловленных лазерным излучением, а также испарением вещества и образованием загазованной среды, снижает эффективность классических методов термометрии и теплового контроля.
Так, традиционные методы бесконтактной термометрии и контроля температуры предполагают наличие сведений о спектральном коэффициенте излучения от объекта на длине волны, на которой происходит регистрация излучения от него. Кроме того, при неравномерном ослаблении излучения при прохождении сквозь агрессивную среду, необходима информация о степени ослабления среды, которая в реальности для каждого эксперимента различна. Другой проблемой при регистрации излучения на отдельных длинах волн является необходимость анализа природы этого излучения: является ли оно равновесным, собственным либо отражнным от более нагретого объекта.
В связи с этим весьма актуальным становится создание новых методов и устройств на их основе, позволяющих измерять термодинамическую температуру при неизвестной излучательной способности объекта в ходе быстропро-текающих процессов, сопровождающихся высокими выделениями энергии и наличием агрессивной среды.
Диссертационная работа посвящена проблемам измерения и контроля экстремальных значений температуры при неизвестной излучательной способности поверхностей объектов, а также вопросам анализа спектрального коэффициента излучения поверхности объектов с использованием данных о тепловом излучении от объекта.
Цели и задачи:
Целью диссертационной работы является разработка нового метода измерения экстремально высоких значений термодинамической температуры при неизвестной излучательной способности поверхности и метода анализа спектрального коэффициента излучения по спектру собственного теплового излучения от объекта при отсутствии априорной информации о нм, а также проведение исследований возможности применения разработанных методов.
Для достижения указанной цели диссертационной работы необходимо было решить следующие задачи:
провести анализ существующих методов определения температуры при отсутствии априорной информации об объекте на предмет применимости их для определения экстремально высоких температур объектов, расположенных в агрессивных средах при отсутствии информации об их излучательной способности;
разработать схему установки для регистрации собственного теплового излучения от поверхности объекта, позволяющую получать мгновенное распределение интенсивности излучения с высокой частотой регистрации;
провести экспериментальные исследования, подтверждающие возможность измерения и контроля мгновенного значения термодинамической температуры в условиях помех, обусловленных окружающей средой;
- разработать метод анализа спектрального коэффициента излучения объектов с использованием данных о спектре собственного теплового излучения;
- разработать экспериментальные установки для регистрации спектра
излучения в различных спектральных диапазонах и получения большого мас
сива информации о собственном тепловом излучении объекта;
выработать рекомендации и предложения по применению разработанного метода определения экстремально высоких значений термодинамической температуры;
выработать рекомендации и предложения по применению разработанного метода анализа спектрального коэффициента излучения с использованием данных о спектре собственного теплового излучения.
Методы исследования:
При проведении теоретических исследований физических процессов, происходящих при излучении и регистрации теплового излучения, были использованы фундаментальные соотношения термодинамики и термометрии. При обработке массивов данных, содержащих информацию о температуре и излучательной способности объектов исследования, использовались методы математической статистики и теории вероятностей. В качестве программ для расчтов использовались "Matlab" фирмы "The MathWorks Inc" и Mathcad" фирмы "Parametric Technology Corporation".
При проведении экспериментальных исследований применялся современный многоэлементный матричный фотопримник для области длин волн 0,41,0мкм, новейший примник на базе микроболометрической матрицы для области 8,014,0мкм, а также примник на базе антимонида индия для области 3,05,0мкм. В ходе создания экспериментальных установок использовались высокопроизводительные аналоговые и цифровые микросхемы и элементы оптоэлектроники, а также современные средства визуализации.
Для калибровки экспериментальных установок и проверки достоверности получаемых результатов по термометрии использовалась высокоточная модель АЧТ типа M-360 фирмы "Mikron Infrared".
Достоверность полученных результатов достигается:
- использованием аналитических выражений, базирующихся на фунда
ментальных законах термодинамики, применением уравнения Планка для вы
вода итерационных соотношений и расчта термодинамической температуры;
- использованием прецизионной модели АЧТ типа M-360 фирмы
"Mikron Infrared", обеспечивающей стабильную работу и высокую точность
установки температуры, и позволяющей проводить корректное сопоставление
получаемых результатов с термодинамическими значениями температуры;
сопоставлением экспериментально полученных данных о термодинамической температуре с данными высокоточной модели АЧТ;
компьютерным моделированием оптических схем, макетов измерителей температуры и излучательной способности с использованием программы проектирования и анализа оптических систем "Tracepro";
использованием высокоточных измерительных приборов, и специализированного оборудования ведущих мировых производителей, таких, как: "Hamamatsu", "Mikron Infrared", "Texas Instruments", "Altera", "Xenics", "Tektronix", "LeCroy" и новейших программных средств "Matlab", "Tracepro" и "Mathcad ";
сопоставительным анализом результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в ходе выполнения диссертационной работы и научно-исследовательской работы, проведнной под шифром "Обзор" «НИУ «МЭИ» в интересах Секции по оборонным проблемам Министерства обороны при Президиуме РАН.
На защиту выносятся следующие положения:
1) Метод определения экстремально высоких значений термодинамиче
ской температуры при неизвестной излучательной способности поверхности,
основанный на использовании спектра собственного теплового излучения, по
лихроматического метода с численным определением температуры без при
ближения Вина, анализе температурных данных и их статистической обработ
ке;
-
Метод повышения достоверности получаемых результатов с помощью минимизации инструментальной и методической погрешности полихроматического метода, путм выбора оптимального значения эквивалентной длины волны и моделирования зависимости спектрального коэффициента излучения линейной и экспоненциальной функциями;
-
Метод анализа спектрального коэффициента излучения объектов с использованием данных о спектре собственного теплового излучения, позволяющий оптимизировать температурный контроль объектов.
Научная новизна диссертации заключается в том, что:
1) Разработан и экспериментально подтвержден новый метод опре-
деления экстремально высоких значений термодинамической температуры при неизвестном спектральном распределении излучательной способности поверхности, в ходе которого используется спектр собственного теплового излу-5
чения, полихроматический метод и последующая статистическая обработка температурных данных;
-
Впервые в отечественной практике получены математические выражения для полихроматического метода, базирующиеся на уравнении Планка, позволяющие снизить погрешность определения температуры при анализе спектра теплового излучения, выходящего за пределы применимости приближения Вина;
-
Впервые в отечественной практике экспериментально продемонстрирована возможность измерения термодинамической температуры объекта с неизвестной спектральной характеристикой излучательной способности, при воздействии стороннего неравновесного излучения, а также в ходе быстропро-текающих процессов в экстремальных условиях.
Практическая значимость:
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность построения измерителей термодинамической температуры высоконагретых объектов с неизвестной излучательной способностью поверхности;
диапазон значений термодинамической температуры, измеряемой полихроматическим методом, расширен за пределы применимости приближения Вина;
- подтверждена возможность существенного снижения методической
погрешности полихроматического метода, обусловленной неизвестной излу-
чательной способностью поверхности, при проведении предварительного мо
делирования распределения спектрального коэффициента излучения линейной
и экспоненциальной функциями.
- появилась возможность создания базы данных коэффициентов излуче
ния от объектов для включения е в спектральные измерительные приборы;
- результаты работы использованы при выполнении научно-
исследовательской работы, проведенной под шифром «Обзор» в интересах
Секции по оборонным проблемам Министерства обороны при Президиуме
РАН, при построении спектральной установки для быстрой регистрации спек
тров и определения температуры удалнных объектов;
Личный вклад соискателя и апробация работы.
Диссертант является соавтором 10 опубликованных научно-технических работ по теме диссертации, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК [1,2].
Результаты диссертации докладывались автором на научно-технических конференциях и опубликованы в сборниках трудов научно-технических конференций:
-
Пятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2009, Москва, Т.1.
-
Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»,
2010, Москва, Т.1.
-
Восемнадцатая международная научно-техническая конференция «Современные телевидение и радиоэлектроника», Москва, ФГУП МКБ «Электрон», 2010.
-
Семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»,
2011, Москва, Т.1.
-
Восьмая российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов», Москва, ИМЕТ РАН, 2011.
-
Восемнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»,
2012, Москва, Т.1.
-
Двадцатая международная научно-техническая конференция «Современные телевидение и радиоэлектроника», Москва, ФГУП МКБ «Электрон», 2012.
-
Международная научно-техническая конференция «INTERMATIC-2012», Москва, РАН, 2012.
-
Девятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»,
2013, Москва, Т.1.
-
Двадцать первая международная научно-техническая конференция «Современные телевидение и радиоэлектроника», Москва, ФГУП МКБ «Электрон», 2013.
-
Двадцать вторая международная научно-техническая конференция «Современные телевидение и радиоэлектроника», Москва, ФГУП МКБ «Электрон», 2014.
-
Третья международная научно-техническая конференция «Аэрокосмические технологии», Москва, 2014.
-
Двадцать первая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2014., Москва, Т.1.
-
Пятая всероссийская и стран-участниц КООМЕТ конференция по проблемам термометрии «Температура-2015», Санкт-Петербург, 2015.
-
Международная научно-техническая конференция «INTERMATIC-2015», Москва, РАН, 2015.
Структура и объем диссертации.
Текст диссертации содержит 118 страниц, 78 иллюстраций, 4 таблицы, 51 библиографический источник.
Современные методы температурного контроля
Отметим, что математически приближение Вина справедливо при выполнении неравенства: С2 /ХТ»\, (1.9) На практике модель Вина с высокой точностью совпадает с формулой Планка вплоть до длин волн Х=0.25С2/Т [7]. Эта область лежит слева от максимума изотермы Планка. Иллюстрация бихроматического метода с регистрацией распределения СППФ в области Вина приведена на рис.1.2.
Как и в случае с яркостным методом, для снижения случайной погрешности измерений вычисления бихроматическим методом проводятся на нескольких длинах волн (мультиспектральный бихроматический метод). При этом ввиду зависимости инструментальной погрешности от величины эквивалентной длины волны, расстояние между длинами волн Ах и Х2 в ходе измерений стараются выбрать как можно большим. Одним из примеров мультиспектрального бихроматического метода является методика, разработанная научным коллективом Захаренко В.А. (Омский государственный технический университет), в ходе которой для регистрации излучения на нескольких длинах волн используется перестраиваемый фотодиодный пирометр [23]. Преимуществом данной методики является относительно невысокая стоимость реализации, а недостатком - временная задержка на перестройку пирометра, не позволяющая одновременно фиксировать излучение на двух диапазонах длин волн. Отметим, что научная группа В.А. Фрунзе (ВНИИОФИ) также использует мультиспектральный бихроматический метод на двух диапазонах длин волн, регистрируя излучение с помощью широкодиапазонного примника на основе InGaAs либо германиевого фотодиода, а затем вводя корректирующие коэффициенты в (1.8) для снижения погрешности, обусловленной неизвестными значениями спектрального коэффициента излучения є(Х,Т) [2425].
Отдельно от яркостного и бихроматического мультиспектральных методов необходимо отметить метод определения температуры по спектральному максимуму теплового излучения. В основе данного метода лежит закон смещения Вина, в соответствии с которым длина волны, соответствующая максимальному значению величины теплового излучения, однозначно определяет температуру объекта.
До появления многоэлементных датчиков поиск максимума теплового излучения подразумевал исследование спектрального диапазона с помощью монохроматора, что делало метод применимым лишь для стационарных тепловых процессов. Однако появление фотопримников, позволяющих одновременно зарегистрировать переходную область спектра, соответствующую максимуму распределения Планка (1.2), позволяет надеяться на дальнейшее развитие данного метода [26]. Иллюстрация метода, основанного на использовании закона смещения Вина, приведена на рис.1.3.
Одной из наиболее активных научных групп, занимающихся исследованиями и систематизацией спектральных методов термометрии, является группа Магунова А.Н. (НИИ перспективных материалов и технологий), чья работа [7] позволила практически полностью отразить результаты современных наработок по спектральной пирометрии различных материалов, как в условиях агрессивных сред, так и в условиях наличия стороннего излучения. Ранее данная научная группа занималась разработкой активных методов термометрии [27]. На сегодняшний день ими была разработана методика, позволяющая, по мнению авторов, определить температуру неизвестного объекта без знаний его спектрального коэффициента излучения с минимальной методической погрешностью [28]. В основе метода лежит уравнение Вина (1.5), в соответствии с которым в координатной плоскости Вина (х = ln(4ФW), y = C2 / ) спектральное распределение имеет форму прямой, наклон которой определяется температурой поверхности объекта, а возможные отклонения от прямой обуславливаются различными значениями спектрального коэффициента излучения на разных длинах волн. В таком случае линейная аппроксимация спектрального распределения в координатной плоскости Вина позволяет получить вероятную температуру объекта (рис.1.4).
Методическая и инструментальная погрешности определения температуры без приближения Вина
При переходе к регистрации больших спектральных массивов теплового излучения появляется возможность предварительного анализа спектра с целью устранения тех участков, где излучение имеет ярко выраженный неравновесный характер (лазерное и плазменное излучение), а также участков, где наблюдается интенсивное поглощение окружающей среды. Это свойство полихроматического метода позволяет на первом этапе отсечь все участки спектра, несущие крайне искажнную информацию о тепловом излучении от объекта и сформировать новый массив (,Т) для последующих вычислений. На втором этапе полихроматического метода для каждой пары J(J,Т), K(K,Т) экспериментально зарегистрированного массива (,Т) температура TJK определяется в соответствии с (2.5)(2.8). На третьем этапе, на основании полученного массива температур TJK строится температурная гистограмма. Пример температурной гистограммы представлен на рис.2.7.
На заключительном этапе полихроматического метода наиболее вероятное значение термодинамической температуры определяется как максимум температурной гистограммы, то есть как наиболее часто появляющееся значение в массиве TJK.
Для анализа разработанного метода, также как и других методов спектральной термометрии, следует определить его инструментальную и методическую погрешности.
Инструментальная погрешность.
Инструментальная погрешность обусловлена неточностью измерения исходных данных и преобразованиями, связанными с применяемым методом и трансформирующими эту неточность в погрешность конечного результата.
Выражение для расчета инструментальной погрешности получают путем дифференцирования функции, устанавливающей соотношение между температурой и спектральной плотностью потока фотонов теплового излучения. Если F=F(x1, x1,…xN), где xi - непосредственно измеряемые независимые величины, имеющие погрешности xi, тогда инструментальная ошибка определяется выражением [39]:
В литературе оговаривается, что при достаточной монохроматичности выделения спектральных интервалов рабочие диапазоны длин волн определяются гораздо точнее, чем спектральная плотность потока фотонов, поэтому ограничиваются оценкой инструментальной погрешности использованием производных только по СППФ [31]:
Однако при грубых измерениях температуры ошибку в определении длины волны следует учитывать. Так, при измерении температуры Т=5000К бихроматическим методом на длинах волн 1=0.4мкм 2=1мкм, инструментальная ошибка определения спектральной плотности потока фотонов в 3% приведт к инструментальной ошибке Т=1%, в то время как ошибка определения длины волны в 3% повлечт Т=4%, как это показано на гистограмме рис.2.8.
Влияние инструментальных погрешностей определения длины волны и СППФ на величину инструментальной погрешности температуры. При вычислениях погрешности без предварительного приближения Вина необходимо использовать формулу для вычисления производных сложной функции в неявном виде:
В приближении Вина выражение (2.26) преобразуется к виду (2.15), что подтверждает правильность проведнных преобразований.
Построим зависимость инструментальных ошибок, вычисленных с помощью уравнения Планка и уравнения Вина, от температуры. С этой целью зададим величины погрешностей определения длины волны и спектральной плотности потока фотонов равными 5%. Вычисления проведм для трх диапазонов, рассматривавшихся выше. Результаты отображены на рис.2.92.11.
Использование приближения Вина для оценки инструментальной погрешности при вычислении более высоких температур приводит к систематической ошибке, занижающей значение инструментальной погрешности.
Исходя из проведённых расчётов видно, что оценка инструментальной погрешности в приближении Вина приводит к систематической погрешности менее 3%. Влияние приближения Вина на результирующее значение инструментальной погрешности незначительно, поэтому в большинстве практически значимых случаях можно обойтись широко распространёнными на сегодняшний день соотношениями, полученными в приближении Вина. н
Эквивалентная длина волны и е влияние на погрешность
В качестве модификации первого приближения было решено использовать «метод касательных изотерм Планка» (далее - метод касательных). В основе метода лежит определение коэффициента излучения реального объекта как величины, меньшей единицы на всм диапазоне длин волн. К спектру собственного излучения реального тела «примеряют» различные изотермы Планка, для которых е(Х) = 1. Ближе всего к истинной температуре окажется та изотерма, которая касается экспериментального распределения сверху. Аналитическим аналогом данного графического метода является вычисление яркостной температуры для всех значений экспериментального массива ФЕХР(Л) с последующим принятием наибольшего из полученных значений температуры за первое приближение. Графическая иллюстрация метода касательных приведена на рис.3.4:
Сопоставление значений температуры полихроматического метода и метода касательных для эксперимента с АЧТ и фильтром НС-7. Эксперимент с АЧТ, на выходе которого стоит имитатор окрашенного тела (оптическое стекло НС-7) подтвердил эффективность метода касательных. Отталкиваясь от результатов полихроматического метода и «примеряя» изотерму Планка на экспериментальную спектральную зависимость, можно значительно уменьшить отклонение в определении первого приближения температуры для тел с монотонной зависимостью коэффициента излучения. В качестве примера на рис.3.5 показаны сравнительные результаты определения первого приближения температуры для полихроматического метода и метода касательных. Температуру, определнную по методу касательных, в дальнейшем будем использовать в качестве первого приближения для корреляционных методов.
Моделирование спектрального коэффициента излучения.
В общем случае функция е{Х) может быть различна, но е можно моделировать различными математическими функциями: экспоненциальной, степенной, линейной и другими. Примеры таких функций показаны на рис.3.8. Имея моделирующую функцию f(X)reQ.), можно в соответствии с (1.3) восстановить экспериментальный спектр ФЕХр(Л) до изотермы Планка Ф (Л,) и определять температуру методами классической пирометрии. Поиск модели е(Х) можно разбить на два этапа: 1. Определение математической модели е{Х) (функции/ )); 2. Определение критерия соответствия/ ) реальной зависимости s(X). Рис.3.6. Некоторые функции, используемые для аппроксимации спектральной зависимости (). В качестве математической модели для исследований были выбраны три функциональные зависимости f():
Линейная зависимость. Наиболее наглядная и легко реализуемая. Вид этой моделирующей функции: f() = a + b , (3.1) где a и b – коэффициенты, определяющие постоянное смещение и угол наклона прямой. Поиск коэффициентов происходит в несколько этапов. Вначале, при условно заданном a (в диапазоне 01) находится коэффициент b. Затем при найденном b пересчитывается коэффициент a. Далее определяется промежуточная температура для данных a и b. Рис.3.7. Возможные формы линейной математической модели ().
Итерации заканчиваются тогда, когда температура данной итерации не более чем на градус отличается от значения температуры, полученного в предыдущей итерации. После этого конечные значения a и b запоминаются, а экспериментальная кривая восстанавливается с учтом найденной моделирующей функции f().
Степенная зависимость. Характерна для моделирования () окрашенных тел, имеющих в исследуемом диапазоне длин волн монотонный спад зависимости спектрального коэффициента излучения. Общий вид зависимости: f() = a -b , (3.2) где a – коэффициент, определяющий начальное значение функции, b – коэффициент, определяющий показатель степени. Рис.3.8. Возможные формы степенной математической модели ().
Алгоритм нахождения коэффициентов аналогичен вышеописанному: вначале при заданном a определяется показатель степени b, затем при найденном b уточняется значение a. Итерации заканчиваются, когда результирующая температура данной итерации отличается от предыдущей не более чем на один градус.
Экспоненциальная зависимость. Данная зависимость привлекает своим обобщающим характером. При отрицательном значении показателя степени она становится спадающей степенной, а при крайне малом значении показателя степени становится похожей на прямолинейную зависимость: f() = a exp(-b), (3.3) где a – коэффициент, определяющий начальное значение функции, b – коэффициент, определяющий крутизну экспоненциальной кривой.
Алгоритм определения этих коэффициентов аналогичен двум предыдущим. После определения моделей f{X) необходимо определить критерий соответствия J(X) реальной зависимости s(X). Данный параметр необходим после того, как экспериментальная кривая была восстановлена и начинается е сравнение с изотермами Планка для различных температур.
В качестве такого параметра может использоваться коэффициент корреляции [41] между восстановленной экспериментальной кривой и изотермой Планка. Восстановленная экспериментальная кривая получается как отношение исходной экспериментальной кривой сигнала и функции f(k), моделирующей спектральную зависимость коэффициента излучения, то есть Б(Х).
Эксперименты по определению температуры металлов при нагревании токовым импульсом
Предварительная калибровка спектрометра осуществлялась с помощью модели абсолютно черного тела типа «Mikron M360» фирмы Mikron Infrared.
В процессе эксперимента вначале происходит заряд конденсаторов силовой установки до напряжения 7 кВ, после чего при поступлении стартового импульса от модуля синхронизации происходит разряд конденсаторов в течение 100 мкс, при этом температура танталового образца может доходить до точки плавления. Данный временной интервал согласуется с величиной наименьшего времени экспозиции ПЗС-линейки TCD1304 спектрометра, указанного в паспорте изделия. При разряде конденсаторов через образец проходит импульс тока, нагревающий его до температур порядка 3000-4000 К (по данным оценочных измерений одноволновым яркостным термометром).
В результате серии экспериментов были получены наборы спектров излучения и произведн расчт температуры полихроматическим методом численно без приближения Вина. Пример экспериментально полученного спектра теплового излучения от образца при нагревании его импульсом электрического тока показан на рис.4.10. Температурная гистограмма, полученная для данного спектра, представлена на рис.4.11.
Температурная гистограмма, рассчитанная для образца. Результирующее значение температуры лежало в области от 3000 К до 3450 К. Разброс в значении результирующей температуры объясняется различием геометрических размеров образцов, что в результате в одних случаях не позволяло достичь точки плавления материала образца. Вместе с тем, для образцов, достигших точки плавления, температура составила порядка 3400 К, что согласуется с имеющимися данными о температуре плавления тантала.
Результаты экспериментов по высокотемпературной термометрии образцов из тантала подтвердили возможность использования разработанного полихроматического метода для определения высоких температур в ходе быстропротекающих процессов [46]. Численное определение температуры без приближения Вина позволило избавиться от систематической ошибки, которая в данном эксперименте составила порядка 100 К.
Дальнейшими перспективами применения разработанного метода для определения экстремально высоких температур в ходе быстропротекающих процессов является использование вместо ПЗС-линеек сверхбыстродействующих ПЗС-матриц с временной задержкой и накоплением заряда (ВЗН).
Результаты работы, изложенные в четвртой главе, могут быть сведены к следующему: 1. Разработана установка для проведения экспериментов по спектральной термометрии стационарного процесса (вольфрамовый катод плазмотрона) на базе фокусирующей оптической системы, спектрометра с ПЗС-линейкой и ноутбука для обработки зарегистрированных спектров полихроматическим методом.
2. Результаты экспериментов по термометрии вольфрамового катода плазмотрона показали возможность применения полихроматического метода при измерении значений температур, выходящих за пределы применяемых в настоящее время в соответствии с МТШ-90 реперных точек, а также в условиях отсутствия информации об излучательной способности пирометрируемой поверхности
3. Разработана установка для проведения экспериментов по спектральной термометрии быстропротекающих процессов (нагрев проводниковых пластин импульсом электрического тока), включающая в себя установку для получения токового разряда, модуль синхронизации, оптическую систему, модуль регистрации спектра и ноутбук для вычисления термодинамической температуры с помощью полихроматического метода.
4. Результаты экспериментов по термометрии образцов из тантала подтвердили возможность использования полихроматического метода для определения экстремально высоких температур в ходе быстропротекающих процессов.
5. Получено, что для измерения сверхвысоких значений температуры в экстремальных условиях с использованием полихроматического метода необходимо наличие системы защиты регистратора излучения от засветки (например, система ослабления сигнала), а при исследовании быстропротекающих процессов – использование сверхбыстродействующих регистраторов с временем экспозиции порядка единиц микросекунд, позволяющих более качественно оценить динамику процесса.