1. Volume 86, no.2, 2025
  2. БЮДЖЕТ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ МЕТОДАМИ МОНОХРОМАТИЧНОЇ ОДНО- Й ДВОКОЛЬОРОВОЇ ТЕРМОМЕТРІЇ З КОРЕКЦІЄЮ НА ВИПРОМІНЮВАЛЬНУ ЗДАТНІСТЬ

БЮДЖЕТ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ МЕТОДАМИ МОНОХРОМАТИЧНОЇ ОДНО- Й ДВОКОЛЬОРОВОЇ ТЕРМОМЕТРІЇ З КОРЕКЦІЄЮ НА ВИПРОМІНЮВАЛЬНУ ЗДАТНІСТЬ

ISTCMTM.
2025;
Випуск 86(2), Номер 2
: 18-26
https://doi.org/10.23939/istcmtm2025.02.018
Автори:
  1. Дмитро Петренко
  2. Олександра ГОТРА
1
Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, Київ
2
Люблінська Політехніка, Польща

Роботу спрямовано на підвищення точності вимірювання термодинамічної температури нагрітих об’єктів за
власним тепловим випроміненням, при застосуванні не більше двох монохроматичних каналів вимірювання
спектральної густини енергетичної яскравості об’єкта.
Виконано класифікацію методів одно- та двокольорової пірометрії випромінення з корекцією на
випромінювальну здатність об’єкта. Встановлено, в їх основі лежить узагальнююче рівняння опосередкованого
вимірювання температури, що витікає з опису спектральної густини енергетичної яскравості об’єкта формулою
Віна.
Всі досліджувані методи пірометрії випромінення зведено до одних й тих же величин-аргументів в рівняннях
вимірювань. Цими величинами є умовні однокольорові (яскравісні) температури, довжини хвиль та параметри
корекції, які враховують спектральну випромінювальну здатність об’єкта. Кількість величин-аргументів для
однокольорових методів складає 4, а для більшості двокольорових – 6. Лише два двокольорових метода
використовують 5 вхідних величин, завдяки 1 параметру корекції.
З урахуванням специфіки апаратної реалізації пірометричної системи (мікроспектрометр), систематизовано
джерела невизначеностей величин-аргументів. Виходячи з набору величин-аргументів, які супроводжуються
відповідними стандартними невизначеностями, сформовано бюджет невизначеності опосередкованого
вимірювання температури методами монохроматичної одно- та двокольорової пірометрії випромінення.
Отримано формули оцінювання стандартної та розширеної, з рівнем довіри 0,95, невизначеностей результату
вимірювання температури, з урахуванням можливої кореляції між параметрами корекції. Для оцінювання

розширеної невизначеності застосовано метод ексцесів. Показано, що при однакових невизначеностях величин-
аргументів, невизначеності результатів вимірювань температури різними методами залежать лише від

відповідних коефіцієнтів чутливості. Показано необхідність кількісного оцінювання коефіцієнтів чутливості.
Це дозволить проаналізувати комплексний вплив невизначеностей величин-аргументів на точність
вимірювання температури різними методами пірометрії випромінення з метою пошуку найбільш точного
метода в конкретних умовах вимірювання або ж формулювання умов, за яких обраний метод має найвищу
точність.

Термодинамічна температура
монохроматична умовна одно- та двокольорова температура
спектральна випромінювальна здатність
параметри корекції
бюджет невизначеності
коефіцієнти чутливості.
  1. A. Prokhorov et al., Spaceborne optoelectronic sensors and their radiometric calibration terms and definitions. Part 1. Calibration techniques. NIST Interagency/Internal Report 7203. US Department of Commerce, Gaithersburg, 2021.
  2. Ratio Pyrometers Datasheet – Williamson Corporation. [Online]. Available: https://info.williamsonir.com/hubfs/ Offer_Docs/Pro%20Ratio%20Pyrometer%20DS.pdf
  3. Principle, advantages, limitations and applications of two- colour pyrometers in thermal processes – Keller GmbH. [Online]. Available: https://www.keller.de/dl.php?f=gisul- bogoseo-two-colour-pyrometer&h=f6861e87d41f43 cL3Zhci93d3cvdmhvc3RzL2tlbGxlci5kZS9odHRwZG9jcy 9zdG9yYWdlL2Z0cC9pdHMvSVRTL8O2ZmZlbnRsaWN oZXIgQmVyZWljaCBmcmVpZXIgWnVnYW5nL2VuLz A0IFRlY2huaWNhbCBSZXBvcnRzLzAxIEZ1bmRhbWV udGFscy9UUiBUd28tY29sb3VyIHB5cm9tZXRlcl9JRDI1 MTNfMjAxNTA3X2VuLnBkZg
  4. Pyrometers – A Global Market Overview. January, 2022. [Online]. Available:               https://www.researchandmarkets. com/reports/5527563/pyrometers-a-global-market- overview?srsltid=AfmBOooFTyVlI0zbL7UfSY0nFcwHxX oHJUIHEdQyfwsGubsOsHVKuhst
  5. M. Sugiura et al., “Two-color Method for Steel Tempe- rature Measurement Unaffected by Water-induced Obstruc- tions”, ISIJ International, vol. 63, pp. 346–353, 2023.
  6. V. N. Snopko, Fundamentals of pyrometry methods by the spectrum of thermal radiation. Minsk: Institute of phy- sics named after B. I. Stepanov NASB, 1999 (in Russian).
  7. N. Ye. Hots, “Analysis of temperature measurement errors by the methods of two-color pyrometry of radiation”, Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic", series Computer Systems and Networks, no. 688, pp. 83–90, 2010 (in Ukrainian).
  8. L. F. Zhukov, D. O. Petrenko, “Influence of metal alloys radiative characteristics on methodical errors of two-color compensative and classical thermometry”, Measuring equipment and metrology, vol. 80, no. 3, pp.39–45, 2019 (in Ukrainian).
  9. N. Hots, “Investigation of Temperature Measurement Uncertainty Components for Infrared Radiation Thermo- metry” in Recent Advances in Systems, Control and Infor- mation Technology. Series: Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 543, “International Conference on Systems, Control and Information Technologies–2016”, Springer, 2016, pp. 556–566.
  10. A. Araujo, R. Silva, “Surface temperature estimation in de- termined multi-wavelength pyrometry systems”, The Revi- ew of scientific instruments, vol. 91, iss. 5, 054901, 2020.
  11. J. Chen et al., “A data processing method for two-color pyrometers in accurate temperature measurement of high- temperature flow fields”, Measurement, vol. 243, 116431, 2025.
  12. L. F. Zhukov, D. O. Petrenko, “Resource-saving continuous optical control of liquid metal temperature in metallurgy of energy machine building”, Systems research in energy, iss. 3 (74), pp. 64–77, 2023 (in Ukrainian).
  13. Z. Zhang, B. Tsai, G. Machin, Radiometric Temperature Measurements IІ. Applications. New York: Academic Press (Elsevier), 2010.
  14. B. K. Tsai, R. L. Shoemaker, D. P. DeWitt et al., “Dual- wavelength radiation thermometry: emissivity compen- sation algorithms”, International Journal of Thermophysics, vol. 11, pp. 269–281, 1990.
  15. B. K. Tsai, D. P. DeWitt, G. J. Dail, “Application of dual- wavelength radiation thermometry to the aluminum industry”, Measurement, vol. 11, iss. 3, p. 211–221, 1993.
  16. Y. Zhang et al., “Measurement performance analysis for a charge-coupled-device-based near-infrared multi-spectral pyrometer”, Infrared Physics & Technology, vol. 106, 103273, 2020.
  17. P. Saunders et al., Uncertainty estimation of primary radiometric temperature measurements. Technical report of International Committee for Weights and Measures, 2018.
  18. J. J. Davenport, J. Hodgkinson, J. R. Saffell, R. P. Tatam, “Noise analysis for CCD-based ultraviolet and visible spectrophotometry”, Applied Optics, vol. 54, iss. 27, pp. 8135–8144, 2015.
  19. USB4000 Fiber Optic Spectrometer. Installation and Operation Manual [Online]. Available: https://focenter.com/ media/wysiwyg/documents/Ocean-Optics-Inc-Ocean-Optics-USB4000-Fiber-Optic-Spectrometer-Fiber-Optic-Center.pdf
  20. О. М. Vasilevsky, V. Yu. Kucheryk, Fundamentals of the theory of measurement uncertainty. Kherson: Оldі-plus, 2020 (in Ukrainian).
  21. I. Zakharov, P. Neyezhmakov, O. Botsiura, “Expanded uncertainty evaluation taking into account the correlation between estimates of input quantities”, Ukrainian Metrological Journal. no. 1, pp. 4–8, 2021.