Излучение реальных тел и бесконтактные способы регистрации температуры



Radiation of real bodies and non-contact methods of temperature registration

The article briefly describes the development of equipment for the experimental determination of the radiative properties and temperatures of solids associated with radiation processes. The difficulties arising in determining the emissivity of various materials, as well as the advantages and disadvantages of the methods used for experimental registration of the corresponding parameters are described.

radiation, temperature, blackbody, pyrometry


В статье кратко изложено развитие оборудования для экспериментального определения излучательных свойств и температур твердых тел, связанных с процессами излучения. Описаны сложности, возникающие при определении степени черноты различных материалов, а также преимущества и недостатки применяемых методик экспериментальной регистрации соответствующих параметров.

излучение, температура, абсолютно черное тело, пирометрия.


1. Латыев Л. Н. и др. Излучательные свойства твердых материалов //Энергия. – 1974. – Т. 472.
2. Суржиков С. Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмерные модели //Двухмерные модели. М.: Физматлит. – 2018.
3. Суржиков С.Т. Радиационная газовая динамика спускаемых космических аппаратов. Многотемпературные модели. М.: ИПМех РАН, 2013. (ISBN 9785917410883)
4. Е.П. Симоненко, Н.П. Симоненко, В.Г. Севастьянов, Н.Т. Кузнецов. Ультравысокотемпературные керамические материалы: современные проблемы и тенденции // М.: ИОНХ РАН, 2020, 324 с.
5. Коростовцев Μ. Α., 1982. Наука древнего Египта // Очерки истории естественнонаучных знаний в древности. — М.: Наука. — С. 120—130.
6. Берри А. Краткая история астрономии. – ОГИЗ, 1946.
7. Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии (основные этапы развития астрономической картины мира) //М.: изд-во МГУ. – 1989.
8. Асмус В. Ф. Античная философия. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1976. — С. 74—97. — 543 с.
9. Swenson R. Optics, Gender, and the Eighteenth-Century Gaze: Looking at Eliza Haywood's Anti-Pamela //The Eighteenth Century. – 2010. – Т. 51. – №. 1. – С. 27-43.
DOI:10.1353/ecy.2010.0006
10. Finger S. Origins of neuroscience: a history of explorations into brain function. – Oxford University Press, USA, 2001.
11. Родин А. В. Математика Евклида в свете философии Платона и Аристотеля. — М.: Наука, 2003.
12. Bacon R. Fr. Rogeri Bacon Opera quaedam hactenus inedita: Vol. 1. containing 1. Opus tertium. 2. Opus minus. 3. Compendium philosophiae. – Longman, Green, Longman and Roberts, 1859. – №. 15.
13. Descartes R. Discourse on method, optics, geometry, and meteorology. – Hackett Publishing, 2001. (ISBN 100872205681, 0872205673)
14. Ньютон И. Оптика, или трактат об отображениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света/пер. с 3-го англ. изд. 1721 г. с примеч //СИ Вавилова. – 1954.
15. Huygens C. Traité de la lumière. – Gressner & Schramm, 1885.
16. Гюйгенс Х. Трактат о свете, в котором объяснены причины того, что с ним происходит при отражении и при преломлении, в частности при странном преломлении исландского кристалла. – 2010. (ISSN: 2949-2076)
17. Dijksterhuis F. J. Lenses and waves: Christiaan Huygens and the mathematical science of optics in the seventeenth century. – Springer Science & Business Media, 2004. – Т. 9.
DOI:10.1007/1-4020-2698-8
18. Hooke R. Micrographia: or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses, with observations and inquiries thereupon. – Courier Corporation, 2003.
19. Young T. On the theory of light and colours, 1802. – 1948.
20. Melvill T. Observations on light and colours //Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. – 1914. – Т. 8. – С. 231.
21. Herschel W. XIV. Experiments on the refrangibility of the invisible rays of the sun //Philosophical Transactions of the Royal Society of London. – 1800. – №. 90. – С. 284-292. doi:10.1098/rstl.1800.0015
22. Frercks J., Weber H., Wiesenfeldt G. Reception and discovery: the nature of Johann Wilhelm Ritter’s invisible rays //Studies in History and Philosophy of Science Part A. – 2009. – Т. 40. – №. 2. – С. 143-156.
23. Ritter J. W. Key texts of Johann Wilhelm Ritter (1776-1810) on the science and art of nature. – Brill, 2010. – Т. 16
24. Schettino E. A new instrument for infrared radiation measurements: the thermopile of Macedonio Melloni //Annals of science. – 1989. – Т. 46. – №. 5. – С. 511-517.
25. Kirchhoff G., Bunsen R. Zusammenhang von emission und absorption von Licht und Wärme //Ann. Phys. Chem. – 1860. – Т. 109. – №. 1860. – С. 275-301.
doi:10.1002/andp.18601850205.
26. Максвелл Д. К. и др. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля: Пер. с англ //М.: Гостехтеориздат. – 1952.
27. Paschen F. On the existence of law in the spectra of solid bodies, and on a new determination of the temperature of the Sun //The Astrophysical Journal. – 1895. – Т. 2. – С. 202.
28. Barr E. S. Historical survey of the early development of the infrared spectral region //American Journal of physics. – 1960. – Т. 28. – №. 1. – С. 42-54.
29. Герц Г., Котов В. Ф., Сулимо-Самуйло А. В. Принципы механики, изложенные в новой связи. – АН СССР, 1959.
30. Jeans J. H. The growth of physical science. – CUP Archive, 1951.
31. Kragh, Helge. "Max Planck: the reluctant revolutionary." Physics World 13.12 (2000): 31.
32. Соболев Н.Н.(Ред). Оптическая пирометрия плазмы. Сборник статей. Изд-во иностр. лит-ры, 1960.
33. Johnson, R. Barry, and Sean M. Stewart. "A history of slide rules for blackbody radiation computations." Tribute to William Wolfe. Vol. 8483. SPIE, 2012
34. Stewart, Sean M., and R. Barry Johnson. Blackbody radiation: A history of thermal radiation computational aids and numerical methods. CRC Press, 2016.
35. Wien, W. (1897). XXX. On the division of energy in the emission-spectrum of a black body. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 43(262), 214-220
36. Торчик М. В., Котов М. А. Краткий обзор развития инструментов для вычисления параметров излучения абсолютно черного тела // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. — 2022. — Т. 23, № 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-4/articles/1004/.
37. Paschen F. On the existence of law in the spectra of solid bodies, and on a new determination of the temperature of the Sun //The Astrophysical Journal. – 1895. – Т. 2. – С. 202.
38. Barr E. S. Historical survey of the early development of the infrared spectral region //American Journal of physics. – 1960. – Т. 28. – №. 1. – С. 42-54.
39. Рибо Г. Оптическая пирометрия //М.-Л.: ГТТИ. – 1934.
40. Wien W., Lummer O. Methode zur Prüfung des Strahlungsgesetzes absolut schwarzer Körper //Annalen der Physik. – 1895. – Т. 292. – №. 11. – С. 451-456.
41. Lummer O., Pringsheim E. Die Strahlung eines „schwarzen” Körpers zwischen 100 und 1300° C //Annalen der Physik. – 1897. – Т. 299. – №. 13. – С. 395-410.
42. Lummer O., Pringsheim E. Die vertheilung der energie im spectrum des schwarzen körpers //Verhandlungen der Deutsche Physikalische Gesellschaft. – 1899. – Т. 1. – №. 23. – С. 215.
43. Lummer O., Pringsheim E. Über die Strahlung des schwarzen Körpers für lange Wellen. – Barth, 1900.
44. De Arrieta I. G. Beyond the infrared: a centenary of Heinrich Rubens’s death //The European Physical Journal H. – 2022. – Т. 47. – №. 1. – С. 11.
45. Planck M. The theory of heat radiation. – Blakiston, 1914.
46. Магунов А. Н. Спектральная пирометрия. Физматлит //Москва. – 2012.
47. Б. С. Садыков. Излучательная способность металлов и ее связь с теплопроводностью // Инженерно-физический журнал, 6№9
48. Б. С. Садыков, Д. И. Телляков. Докл. АН ТаджССР, № 6, 1963
49. Б. С. Садыков, “О температурной зависимости излучательной способности металлов”, ТВТ, 3:3 (1965), 389–394
50. Торчик М. В., Котов М. А. Экспериментальные методы определения теплофизических свойств: от однородных твердых тел до высокотемпературных композитных материалов//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т.24, вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-3/articles/1047/
51. А. Н. Винникова, В. А. Петров, А. Е. Шейндлин, “Методика измерений и экспериментальная установка для определения интегральной нормальной излучательной способности конструкционных материалов в интервале температур от 1200 до 3000∘ K”, ТВТ, 7:1 (1969), 121–126
52. Винникова А. Н., Петров В. А., Шейндлин А. Е. Излучательные характеристики диборида циркония //Теплофизика высоких температур. – 1970. – Т. 8. – №. 5. – С. 1098-1100.
53. Пелецкий В. Э. Исследование излучательной способности металлокерамического вольфрама //Порошковая металлургия. – 1967. – №. 7. – С. 100.
54. Н. A. Jоnеs, I. Langтuiг. G. Е. Rev., 30, 354,1927
55. А. Н. Винникова, В. А. Петров, А. Е. Шейндлин. Докл. на Научно-техн. конф. по итогам н.-я. работ за 1966—1967 г. МЭИ, 1967
56. В. Д. Дмитриев, Г. К. Xолопов. Ж. прикл. спектроскопии, № 3, 72, 1965
57. В. А. Петров, В. Я. Чеховской, А. Е. Шейндлин, “Экспериментальное определение интегральной степени черноты металлов и сплавов при высоких температурах”, ТВТ, 1:1 (1963), 24–29
58. В. А. Петров, В. Я. Чеховской, А. Е. Шейндлин, Экспериментальное определение степени черноты ниобия в интервале температур 1200 − 2500◦K, ТВТ, 1963, том 1, выпуск 3, 462–464
59. В. А. Петров, В. Я. Чеховской, А. Е. Шейндлин, В. А. Николаева, Л. П. Фомина, “Интегральная полусферическая излучательная способность, монохроматическая (λ=0,65 мкм) излучательная способность и удельное электросопротивление карбидов циркония и ниобия в интервале температур 1200–3500∘ K”, ТВТ, 5:6 (1967), 995–1000
60. В. А. Петров, В. Я. Чеховской, А. Е. Шейндлин, Интегральная полусферическая излучательная способность и удельное электросопротивление Тантала в интервале температур 1200–2800◦ K, ТВТ, 1968, том 6, выпуск 3, 548–549
61. Sparrow E. M., Jonsson V. K. Radiant emission characteristics of diffuse conical cavities //JOSA. – 1963. – Т. 53. – №. 7. – С. 816-821. DOI: 10.1364/JOSA.53.000816
62. Butler C. P., Jenkins R. J. Space chamber emittance measurements. – 1962.
63. Worthing A. G. The true temperature scale of tungsten and its emissive powers at incandescent temperatures //Physical Review. – 1917. – Т. 10. – №. 4. – С. 377.
64. Л. Н. Латыев, В. Я. Чеховской, Е. Н. Шестаков, Экспериментальное определение излучательной способности вольфрама в видимой области спектра в диапазоне температур 1200–2600◦ K, ТВТ, 1969, том 7, выпуск 4, 666–673
65. De Vos J. C. A new determination of the emissivity of tungsten ribbon //Physica. – 1954. – Т. 20. – №. 7-12. – С. 690-714.
66. Larrabee R. D. Spectral emissivity of tungsten //JOSA. – 1959. – Т. 49. – №. 6. – С. 619-625.
67. https://www.pyrometer.ru/ дата обращения 05.07.2023
68. Holborn L., Kurlbaum F. Über ein optisches Pyrometer //Annalen der Physik. – 1903. – Т. 315. – №. 2. – С. 225-241.
69. Becquerel E. Recherches sur la détermination des hautes températures et l'irradiation des corps incandescents. – Imprimerie de Mallet-Bachelier, 1862.
70. Hyde E. P., Forsythe W. E. The visibility of radiation in the red end of the visible spectrum //Astrophysical Journal, vol. 42, p. 285. – 1915. – Т. 42. – С. 285.
71. Hartman L. W. The Visibility of Radiation in the Blue end of the Visible Spectrum //The Astrophysical Journal. – 1918. – Т. 47. – С. 83.
72. А. В. Кириллин, М. Д. Коваленко, М. А. Шейндлин, В. С. Живописцев, Экспериментальное исследование давления пара углерода в области температур 5000–7000 К с использованием стационарного лазерного нагрева, ТВТ, 1985, том 23, выпуск 4, 699–706
73. М. А. Шейндлин, А. В. Кириллин, Л. М. Хейфец, К. А. Ходаков, Быстродействующая автоматизированная система высокотемпературных (2500–6000 К) измерений при нагреве лазерным излучением, ТВТ, 1981, том 19, выпуск 4, 839–848
74. Фрунзе А. Пирометры спектрального отношения: преимущества, недостатки и пути их устранения //Фотоника. – 2009. – №. 4. – С. 32-37.
75. Фрунзе А.В. Влияние методических погрешностей пирометра на выбор прибора //Фотоника – 2012. - № 3 – С.46-51; № 3 – С.56-60
76. Taunay P. Y. C. R., Choueiri E. Y. Multi-wavelength pyrometry based on robust statistics and cross-validation of emissivity model //Review of Scientific Instruments. – 2020. – Т. 91. – №. 11.
77. Zhang Z. M., Mashin G. Overview of Radiation Thermometry // Radiometric temperature measurements. I. Fundamentals / Ed. by Z. M. Zhang, B. K. Tsai, G. Mashin. Experimental Methods in the Physical Sciences. V. 42. — Amsterdam: Elsevier, 2009. P. 14.
78. Hollandt J., Hartmann J., Stru ß O., G¨ artner R. Industrial Applications of Radiation Thermometry // Radiometric temperature measurements. II. Applications / Ed. by Z. M. Zhang, B. K. Tsai, G. Mashin. Experimental Methods in the Physical Sciences. V. 43. — Amsterdam: Elsevier, 2010. P. 15.
79. Авторское свидетельство № 1454048 A1 СССР, МПК G01J 5/02. Модель черного тела: № 4239323/25: заявл. 04.05.1987: опубл. 10.12.1995 / Л. Б. Нефедкина, В. И. Мирошниченко, М. А. Шейндлин. – EDN SQFOWK.
80. Авторское свидетельство № 1165137 A1 СССР, МПК G01J 5/02. Модель абсолютно черного тела: № 3702538/25: заявл. 21.02.1984: опубл. 15.05.1994 / Л. М. Бучнев, А. И. Смыслов, И. А. Дмитриев [и др.]. – EDN PHZXLW.
81. Руководство по эксплуатации FASTcal 3000 - https://tempsens.com/fastcal-3000-high-temperature-black-body-source.html дата обращения 20.07.2023
82. С. В. Степанов, М. А. Шейндлин, “Статистический анализ результатов измерений в многоволновой пирометрии”, ТВТ, 55:5 (2017), 821–827
https://doi.org/10.7868/S0040364417040214
83. С. А. Евдокимов, Г. В. Ермакова, А. Н. Гордеев, А. Ф. Колесников, Исследование воздействия высокоэнтальпийного воздушного потока на эффективность защитного действия антиокислительного покрытия для углеродсодержащих композиционных материалов, ТВТ, 2022, том 60, выпуск 3, 428–433 DOI: 10.31857/S0040364422030073
84. Anfimov N. Capabilities of TNIIMASH test facilities for experimental investigations of aerospace plane aerothermodynamics //5th International Aerospace Planes and Hypersonics Technologies Conference. – 1993. – С. 5000.
85. Neiland V. Y. Review of TsAGI wind tunnels //Wind tunnels and wind tunnel test techniques. – 1992.
86. Stewart D. et al. Predicting material surface catalytic efficiency using arc-jet tests //30th Thermophysics Conference. – 1995. – С. 2013.