Методи монохроматичної одно- й двокольорової термометрії випромінення розплавів в металургії. Частина 2
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2026.02.063Ключові слова:
монохроматична одно- й двокольорова термометрія випромінення, розплав, термодинамічна та умовна температура, спектральна випромінювальна здатність, корекція, модель (рівняння) вимірювання, невизначеність вимірюванняАнотація
В статті розглядається друга група методів монохроматичної одно- й двокольорової термометрії випромінення — ті, в моделях вимірювань яких наявні параметри корекції для врахування спектральної випромінювальної здатності забарвлених об’єктів, до яких належать металеві розплави. На відміну від багатокольорових, ці методи характеризуються меншою інструментальною складовою невизначеності вимірювання температури, тому їх застосування має сенс з точки зору підвищення точності вимірювання й вірогідності контролю температури розплавів. На основі узагальнюючих моделей вимірювань термодинамічної температури запропоновано класифікацію методів другої групи термометрії випромінення. Відповідно до неї, виявлені 25 методів підпадають під 4 узагальнюючі моделі вимірювань. Встановлено, що для переважної більшості (1 підгрупа) методів справедлива узагальнююча модель, яка випливає з формули Віна. При цьому 15 методів 1 підгрупи характеризуються однаковим набором вхідних величин, включно зі значеннями спектральної випромінювальної здатності на відповідних довжинах хвиль. Узагальнюючі моделі для решти 3 підгруп методів є емпіричними або ж ґрунтуються на деяких апріорних залежностях між значеннями спектральної випромінювальної здатності на двох довжинах хвиль. Це обмежує область їх адекватного застосування. Найбільш універсальними визнано ті методи термометрії випромінення, моделі вимірювань яких містять значення спектральної випромінювальної здатності в явному вигляді. Обґрунтовано, що в умовах суттєво змінних випромінювальних характеристик розплавів найбільш метрологічно ефективною є корекція визначених методів термометрії випромінення “in situ”, в режимі реального часу. Для цього необхідні сторонні безконтактні методи вимірювання спектральної випромінювальної здатності, огляд яких виконано. Враховуючи складність технічної реалізації й вартість, найбільш прийнятними у випадку розплавів є пасивні методи, які ґрунтуються на вимірюванні, за власним випроміненням об’єкта, інваріантних до температури величин й апріорних моделях спектральної випромінювальної здатності. Запропоновано двоетапну концепцію підвищення точності вимірювання температури розплавів. Визначено перелік методів термометрії випромінення й вимірювання спектральної випромінювальної здатності, які підлягають подальшому метрологічному аналізу в рамках реалізації концепції.
Завантажити
Посилання
Zhukov, L. F., Goncharov, A. L., Petrenko, D. A., Zakharchenko, E. V., & Sirenko, K. A. (2018). Innovative technologies of express control of ferrous-carbon alloys temperature and chemical composition. Metal and Casting of Ukraine, 26(11–12(306-307), 43-53 [in Russian].
Zhukov, L. F. et al. (2008). Razrabotat fizicheskie osnovyi, metodyi i sredstva kompleksnogo kontrolya i upravleniya nepreryivnyimi protsessami polucheniya, obrabotki i razlivki zhidkogo metalla: otchet o NIR No. 0104U007860 (zaklyuch.) [To develop physical bases, methods and means for complex control and operation of continuous processes of obtaining, treatment and casting of liquid metal. (Research report No. 0104U007860)]. PTIMA NAS of Ukraine [in Russian].
Zakharchenko, E., Sirenko, K., Goncharov, A., Bogdan, А., Burbelko, A., & Kawalec, M. (2019). New Computer Method of Derivative Thermal Express Analysis of Cast Iron for Operational Prediction of Quality of Melts and Castings. Journal of Casting and Materials Engineering, 3(2), 31-42. https://doi.org/10.7494/jcme.2019.3.2.31
Sirenko, K. А., Derechа, D. О., & Мazur, V. L. (2023). Application of the Monte Carlo Method in charge calculations and regulation of the chemical composition of pig iron in the process of its melting. Casting processes, 4(154), 44-57. https://doi.org/10.15407/plit2023.04.044 [in Ukrainian].
Snopko, V. N. (1999). Osnovyi metodov pirometrii po spektru teplovogo izlucheniya [Fundamentals of pyrometry methods by the spectrum of thermal radiation]. Institute of physics named after B.I. Stepanov NASB [in Russian].
Yamada, Y. (1998). The Latest Trends in Temperature Measurement Technology in Japan and Abroad. Journal of the Society of Instrument and Control Engineers, 37(3), 195-200. https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/37/3/37_3_195/_pdf/-char/en [in Japanese].
Isei, Y. (2020). Recent Progress of Instrumentation Technology for Process Automation in Steel Industry. Tetsu-to-Hagane, 106(9), 591-601. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2020-014 [in Japanese].
Zhukov, L. F., & Bogdan, A. V. (2003). Doslidzhennia i rozrobka metodiv spektralno-kompensatsiinoi bahatokolirnoi pirometrii vyprominiuvannia poverkhni zahotovky pid krystalizatorom [Investigation and Development of Methods of Multicolour Radiation Thermometry of the billet under crystallizer]. Metal Science and Treatment of Metals, 9(3), 56-60 [in Ukrainian].
Zhukov, L. F., Kornienko, A. L., Bohdan, A. V., Krupnyk, V. M., Krupnyk, L. V., Pysarenko, V. H., & Kostanovskyi, V. V. (2012). Innovatsionnyie tehnologii mnogotsvetovoy termometrii [Innovative technologies of multicolour thermometry]. Measuring Equipment and Metrology, (73), 45-51 [in Russian].
Zhukov, L. F., & Korniyenko, A. L. (2012). Symmetrical-wave multicolor thermometry of metallurgical objects with unknown and randomly changing emissivity. Metal and Casting of Ukraine, (11), 36-40 [in Russian].
Zhukov, L. F., & Kornienko, A. L. (2014). Issledovanie instrumentalnyih pogreshnostey mnogotsvetovoy simmetrichno-volnovoy termometrii metallicheskih splavov [Investigation of instrumental errors of multicolor symmetrical-wave thermometry of metal alloys]. Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic", series “Thermal power engineering. Environmental Engineering. Automatization”, (795), 7-16 [in Russian].
Multi-Wavelength Technology. https://www.williamsonir.com/multi-wavelength-pyrometers/
Petrenko, D. О. (2025). Меthods of Monochromatic One- and Two-Color Radiation Thermometry of Melts in Metallurgy. Pаrt 1. Metal and Casting of Ukraine, 33(3–4(342-343), 8-19. https://doi.org/10.15407/steelcast2025.03-04.008 [in Ukrainian].
Tsai, B. K., Shoemaker, R. L., DeWitt, D. P., Cowans, B. A., Dardas, Z., Delgass, W. N., & Dail, G. J. (1990). Dual-wavelength radiation thermometry: emissivity compensation algorithms. International Journal of Thermophysics, 11(1), 269-281. https://doi.org/10.1007/BF00503877
Zhukov, L. F. (1992). Issledovanie i razrabotka metodov i sredstv temperaturnogo kontrolya i resursosberegayuschih tehnologicheskih protsessov polucheniya zhidkogo chuguna v liteynom proizvodstve: avtoref. diss. d-ra. tehn. nauk [Investigation and development of methods and means of temperature control and resource-saving technological processes of liquid cast-iron production in foundry engineering]. Аbstract of doctoral thesis, Institute of Foundry Problems of Academy of Sciences of Ukraine. PTIMA NASU [in Russian].
Zhukov, L. F., & Kuchaev, A. A. (1992). Vvedenie temperaturnoy popravki v pokazaniya pirometra ustanovki nepreryivnogo kontrolya temperaturyi zhidkogo metalla pri modelirovanii teploenergeticheskih protsessov [Introduction of temperature correction into readings of pyrometer of continuous temperature control set of liquid metal in modeling of heat power processes]. Electronic Modelling, 14(2), 26-27 [in Russian].
Iuchi, T., Yamada, Y., Sugiura, M., & Torao, A. (2010). Thermometry in Steel Production. In Z. M. Zhang, B. K. Tsai, & G. Machin (Eds.), Radiometric Temperature Measurements IІ. Applications (pp. 217-279). Academic Press (Elsevier).
Tanaka, F., & DeWitt, D. P. (1989). Theory of New Radiation Thermometry Method and an Experimental Study Using Galvannealed Steel Specimens. Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, 25(10), 1031-1037. https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicetr1965/25/10/25_10_1031/_pdf/-char/en
Tanaka, F., & Ohira, H. (1992). Thermometry Reestablished by Automatic Compensation of Emissivity – the TRACE Method. In F. Schooley (Ed.), Temperature, Its Measurement and Control in Science and Industry (pp. 895-900). American Іnstitute of Physics.
Metcalfe, S. F., Tune, A. D., & Beynon, T. (1994). Dual Wavelength Thermometry applied to Hot Rolling of Aluminium and Galvannealing of Steel. In Proc. XIII IMEKO World Congress (pp. 1445-1450). IMEKO
Metcalfe, S. F. (1993). Practical Temperature Measurement of Aluminium Bright Strip using Dual Wavelength Infrared Thennometry. In Proc. TEMPMEKO 1993, 5-th Int. Symp. on Temperature and Thermal Measurement in Industry and Science (pp. 133-144). IMEKO
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology – basic and general concepts and associated terms (VIM): 3-rd edition. (JCGM 200:2012 (E/F)). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Petrenko, D., & Hotra, O. (2025). Uncertainty budget of temperature measurement by the methods of monochromatic one- and two-color thermometry with emissivity correction. Measuring Equipment and Metrology, 86(2), 18-26. https://doi.org/10.23939/istcmtm2025.02.018
Markin, M. O., Markina, O. M., & Kyshchovyi, S. M. (2017). Measurement of Temperature of Molten Zone at the Directional Crystallization of Blades of the Gas-Turbine Engine. Progress in Physics of Metals, 18(2), 141-154. https://doi.org/10.15407/ufm.18.02.141
Svet, D. Ya (1972). Optimal utilization of redundant information in thermal radiation in thermophysical measurements. High Temperatures–High Pressures, 4(6), 715-722.
Svet, D.Ya. (1976). Determination of the emissivity of a substance from the spectrum of its thermal radiation and optimal methods of optical pyrometry. High Temperatures–High Pressures, 8(5), 493-498.
Geda, Ya. M., & Snopko, V. N. (1981). Some methods of bichromatic pyrometry. High temperature, 19(6), 912-916.
Madura, H., & Piatkowski, T. (2004). Emissivity compensation algorithms in double-band pyrometry. Infrared Physics & Technology, 46(1-2), 185-189. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2004.03.024
Foley, G. M. (1978). Modification of emissivity response of two-color pyrometer. High Temperatures. High Pressures, 10(4), 391-398.
Anderson, A. S. (1986). Accurate noncontact temperature measurement of aluminum surfaces improved radiometer for temperature measuring of the aluminum surface. In Proc. IMEKO TC12 Symposium оn major problems of present-day radiation pyrometry (pp. 94-100). IMEKO
Bеlskiy, О.I. (1978). Issledovanie optimalnyih metodov i sistem izmereniya istinnoy temperaturyi metallov po izlucheniyu: dis. kand. tehn. nauk [Investigation of optimal methods and systems of metals true temperature measurement by radiation]. Candidate of Technical Sciences Thesis. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the USSR Academy of Science [in Russian].
Zhukov, L. F., & Petrenko, D. O. (2017). The way of temperature measurement (Patent of Ukraine No. 118366). State Service for Intellectual Property of Ukraine. https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/792662/ [in Ukrainian].
Zhukov, L. F., & Petrenko, D. O. (2019). Influence of metal alloys radiative characteristics on methodical errors of two-color compensative and classical thermometry. Measuring Equipment and Metrology, 80(3), 39-45. https://doi.org/10.23939/istcmtm2019.03.039 [in Ukrainian].
Sugiura, M., Shinotake, A., Nakashima, M., & Omoto, N. (2014). Simultaneous Measurements of Temperature and Iron–Slag Ratio at Taphole of Blast Furnace. International Journal of Thermophysics, 35, 1320-1329. https://doi.org/10.1007/s10765-014-1708-z
Firago, V., & Wojcik, W. (2015). High-temperature three-colour thermal imager. Przegląd Elektrotechniczny, 91(2), 208-214. https://doi.org/10.15199/48.2015.02.47
Giulietti, N., Cosoli, G., Napolitano, R., Pandarese, G., Revel, G. M., & Chiariotti, P. (2025). Spectral emissivity measurement for high-temperature applications: a systematic review. Acta IMEKO, 14(1), 1-17. https://doi.org/10.21014/actaimeko.v14i1.1846
Sun, Y., Pan, J., Jiang, L., Hao, L., Cao, Y., & Wang, H. (2022). Multi-Irradiance: A Method for Simultaneous Measurement of the Temperature and Spectral Emissivity of High-Temperature Targets in SWIR. Sensors, 22(21), 8469. https://doi.org/10.3390/s22218469
Dmitriyev, А. (2005). Laser pyrometry offers practical temperature measurement. Heat treating progress.
Svet, D. Ya. (1970). Method and apparatus for measuring true or actual temperature of bodies by radiant energy (Patent of USA No. 3537314). United States Patent and Trademark Office.
Svet, D. Ya. (1972). Some new methods and systems of pyrometry and their application. Temperature: Its Measurement and Control in Science and Industry: Papers presented at the 5-th symposium on temperature, vol. 2 / ed. by H. Plumb. Pittsburg. P. 587.
Wen, C.-D., & Chr, Y.-H. (2010). The Assessment of Multispectral Radiation Thermometry Using Linear and Log-Linear Emissivity Models for Steel. Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals, 58(1), 40-54. https://doi.org/10.1080/10407790.2010.504696
Zhukov, L. F., & Petrenko, D. A. (2023). Indirect, with Respect to the Nonlinearity Equation, Measurement of the Radiating Capacity and Temperature of Opaque Materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 96(1), 266-277. https://doi.org/10.1007/s10891-023-02683-3
Zhukov, L., & Petrenko, D. (2022). Methods of indirect measurement of emissivity of tungsten and ferrous-carbon alloys. Ukrainian Metrological Journal, (1), 20-26. https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2022.258801 [in Ukrainian].
Hots, N. Ye. (2010). Analiz pokhybok vymiriuvannia temperatury metodamy dvokanalnoi termometrii vyprominennia [Analysis of temperature measurement errors using two-channel radiation thermometry methods]. Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic", series “Computer Systems and Networks”, (688), 83-90 [in Ukrainian].
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Д.О. Петренко
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
