Дискуссионный форум temperatures.ru

[Александр Магунов]

В серии монографий “Experimental Methods in the Physical Sciences” вышла книга “Radiometric Temperature Measurements: II. Applications” (Vol.43. Elsevier, 2010. 458 p.).
Оглавление книги и содержание некоторых глав:

Ch.1. Industrial Applications of Radiation Thermometry (J. Hollandt, J. Hartmann, O. Struß, and R. Gartner).

Ch.2. Experimental Characterization of Blackbody Radiation Sources (S.N. Mekhontsev, A.V. Prokhorov, and L.M. Hanssen).

Ch.3. Radiation Thermometry in the Semiconductor Industry (B.E. Adams, C.W. Schietinger, and K. G. Kreider). P.137-216.
1. Introduction
1.1. Temperature measurement
1.2. Semiconductor terms
1.3. Semiconductor processes
2. Basics of Optical Fiber Thermometry (OFT)
2.1. Major challenges
2.2. A brief patent history
2.3. The lightpipe as the controlled collection optics
2.3.1. Edge-defined film feed growth sapphire
2.3.2. Quartz
2.3.3. Laser pedestal grown sapphire fibers
2.4. Transmission fiber
2.4.1. Flexible cable
2.4.2. Single fiber or a bundle
2.5. Light to temperature conversion
3. Temperature Measurements in the Semiconductor Industry
3.1. Limits from tool design
3.2. Limits of contact devices
3.3. Temperature measurement requirements in the semiconductor industry
3.4. Optical properties of silicon
4. Applications
4.1. High-density plasma chemical vapor deposition (HDPCVD)
4.2. Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
4.3. Epitaxial
4.4. Solar photovoltaics
4.5. Nonoptical techniques
4.6. Wafer measurement applications
5. Calibration
5.1. Lens system radiation thermometers
5.1.1. Lens collection
5.1.2. Pyrometer systems in the semiconductor industry
5.2. Lightpipe radiation thermometers (cold calibration, hot calibration, in situ calibration)
5.2.1. Hot versus cold lightpipe calibration
5.3. Blackbody simulators
5.4. Process repeatability standards (PRS) in RTP
6. In situ Calibration of Radiation Thermometers in RTP Tools
6.1. Proof wafer TC thermometry
6.1.1. Type-K wire TC thermometry
6.1.2. The new Pt/Pd wire TC
6.1.3. The new Pt/Pd and Rh/Pt TFTCs
6.1.4. The TFTC proof wafer
6.2. Calibration of TFTCs on silicon wafers
6.3. Calibration of RTs on RTP tools using silicon wafers with TFTCs
6.3.1. Uncertainty analysis
6.4. Transient thermal response of TFTCs
6.5. Transient response of sensors in PEB process
7. Emissivity Methods
7.1. Problem of surface finish
7.2. Use of virtual blackbodies
7.3. Pyrometric sensitivity and difficulties with ratio pyrometry
7.4. RTP reflector plate enhancement theory
7.5. RTP in situ emissometer application
7.6. Low-temperature measurements in RTP
7.7. Ripple Technique theory
7.8. Ripple Technique application
7.9. Other methods in lamp-heated systems
7.10. Laser methods
7.10.1. Dynamic surface anneal (DSA) pyrometry
7.10.2. Laser spike annealing (LSA) pyrometry
7.10.3. Flash rapid thermal annealing (fRTA) pyrometry
8. Problems to Solve
9. Summary
Acknowledgements
References

Ch.4. Thermometry in Steel Production (T. Iuchi, Y. Yamada, M. Sugiura, and A. Torao). P.217-277.
1. Introduction
2. Review of the Steel Production Process
2.1. Smelting and refining processes
2.2. Hot-rolling processes
2.3. Annealing processes
2.4. Coating processes
2.5. Stainless steel and electrical steel processes
3. Characteristics of Radiometric Temperature Measurement in Steel Processes
3.1. Passive methods
3.2. Active methods
4. Applications
4.1. Notable technical developments in the past and present
4.1.1. Radiation thermometry of steel sheets in furnaces
4.1.2. Pyrometer with hemispherical reflector
4.1.3. Radiation thermometry based on polarization method
4.1.4. Laser absorption radiation thermometry (LART)
4.1.4.1. Three-wavelength LART
4.1.4.2. Two-wavelength LART
4.2. Molten iron and steel
4.2.1. Immersion-type optical-fiber radiation thermometry
4.2.2. Two-dimensional radiation thermometry
4.3. Continuous heat-treatment lines
4.3.1. Temperature measurement system with a water-cooled shielding flange
4.3.1.1. Shielding effects
4.3.1.2. Background radiation factor, η
4.3.1.3. In situ measurement and calibration
4.3.1.4. Online measurements in production line
4.3.2. Thermometry utilizing multiple reflections at a roll-strip wedge
4.3.2.1. Principle of the multiple reflection method
4.3.2.2. Experimental realization
4.3.3. Conical-cavity fiber optic radiation thermometer
4.3.3.1. Measurement principle of the method and its configuration
4.3.3.2. Experimental results
4.3.4. Dual wavelength methods
4.3.4.1. The measurement principle of the dual wavelength method 1
4.3.4.2. Applications of the TRACE method to cold-rolled and galvannealed steels
4.3.4.3. The measurement principle of the dual wavelength method 2
4.3.4.4. In situ measurements
4.4. Coating lines
4.4.1. Simultaneous measurement system of temperature and emissivity using a cylindrical cavity
4.4.2. Emissivity compensation utilizing the reflected image of a linear light source
5. Summary
References

Ch.5. Thermal Imaging in Firefighting and Thermography Applications (F. Amon and C. Pearson)

Ch.6. Remote Sensing of the Earth’s Surface Temperature (P.J. Minnett and I. Barton)

Ch.7. Infrared and Microwave Medical Thermometry (E.F.J. Ring, J Hartmann, K Ammer, R.Thomas, D. Land, J. Hand). P.393-448.
1. Introduction
2. Infrared Ear Thermometers for Clinical Thermometry
2.1. Principle of the IR thermometry of the human ear
2.2. The practice of ear thermometry
2.3. Reliability of ear thermometers
3. Infrared Thermal Imaging in Medicine
3.1. Background
3.2. Thermal imaging systems for medicine
3.3. Standardization of the imaging process and digital image processing
3.3.1. The patient
3.3.2. The environment
3.3.3. The imaging system
3.3.4. Subject positioning
3.3.5. Image analysis
3.3.6. Reporting of results
3.4. Summary
4. Pulsed Photo-Thermal Radiometry (PPTR)
4.1. Background
4.2. Typical applications
4.3. Laser–tissue interaction
4.4. Optimizing laser therapies using thermal imaging
4.4.1. Thermal effects of varying spot size
4.4.2. Thermal imaging results of laser positioning
4.4.3. Computerized laser scanning
4.4.4. Case study 1: Port wine stain
4.4.5. Case study 2: Laser depilation
4.5. Conclusion
5. Microwave Radiometry for Medical Applications
5.1. Principles of medical microwave radiometry
5.2. Microwave properties of tissues
5.3. Microwave radiometry measurement technique
5.3.1. Measurement signal coupling
5.3.2. Transmission-loss temperature shift
5.4. Signal temperature measurement requirements
5.5. Radiometer configurations
5.6. Equivalent temperature fluctuation of radiometer measurements
5.7. Performance of practical clinical radiometers
5.8. Multifrequency radiometry for temperature profile estimation
5.9. Clinical applications
6. Summary
References
__________________________________________________________

Глава 3 имеет большой объем, в предыдущих книгах по термометрии (например, [1]) применение радиационной термометрии в полупроводниковой промышленности детально не рассматривалось. В главах 4 и 7 вопросы пирометрии в металлургии и медицине также обсуждаются намного подробнее, чем в [1].

[1]. Michalsky L., Eckersdorf K., Kucharski J., McGhee J., Temperature measurement. Wiley, 2001.

[Моисеева]

Судя по оглавлению, книга очень интересная. Я хотела дать на нее ссылку в разделе Публикации/Книги и учебники. Доступна ли электронная версия? Где книгу можно купить? Планируется ли перевод книги на русский язык? Спасибо.

[Александр Магунов]

Наталия Павловна, в интернете этой книги для скачивания, наверное, нет. У меня есть отдельные главы. Получил от авторов по запросу. Здесь возникает неудобная ситуация – когда автор посылает главу из книги, происходит нарушение прав издателей, а эти права подробно прописываются в договоре (от издательства возможен – в принципе – судебный иск автору, нарушающему право собственности издателя). Поэтому авторы неохотно откликаются на такие просьбы, когда речь идет о книгах или отдельных главах. Приходится авторов убеждать.

Книготорговые фирмы продают оба тома (1-я часть вышла в 2009 г., ее содержание помещено внизу, там все традиционно, кроме 7-й главы, где есть сведения о лазерной термометрии). Чтобы перевести книгу, потенциальному переводчику надо ее приобретать самому, потому что наши издательства не хотят покупать даже один экземпляр для перевода. С этим я знаком, несколько лет назад было желание собрать команду и перевести большую книгу, но книга очень дорогая, и даже грант на ее перевод и издание почти что не окупал этих расходов. Но и издательства можно понять: тиражи научных книг на русском языке очень маленькие, ниже уровня окупаемости. Сейчас по несколько лет не раскупаются научные книги тиражом всего 400-500 экз. В общем, в России научные книги сейчас невыгодно ни переводить, ни писать.

RADIOMETRIC TEMPERATURE MEASUREMENTS: I. Fundamentals
(Experimental Methods in the Physical Sciences. Vol.42. Elsevier, 2009).

Ch.1. Overview of Radiation Thermometry
Zhuomin M. Zhang and Graham Machin
1. Introduction
2. Basics of Radiometric Temperature Measurements
3. Types of Radiation Thermometers
4. Terms Commonly Used in Radiation Thermometry
5. Summary
References

Ch.2. Temperature Fundamentals
Graham Machin and Benjamin K. Tsai
1. Introduction
2. Primary Thermometry
3. A Short History of Temperature Scales Leading to the International Temperature Scale of 1990
4. Scale Realisation, Calibration and Traceability
5. Uncertainty Estimation in Non-Contact Temperature Scale Realisation and Dissemination
6. Possible Future Approaches to High-Temperature Scale Realisation and Dissemination
7. Summary
Acknowledgements
References

Ch.3. Theory of Thermal Radiation and Radiative Properties
Zhuomin M. Zhang and Bong Jae Lee
1. Introduction
2. Thermodynamics of Blackbody Radiation
3. Radiative Properties of Materials
4. Electromagnetic Wave Theory
5. Optical Properties
6. Rad iative Properties of Layered Structures
7. Summary
Acknowledgement
References

Ch.4. Radiation Thermometer Designs
Howard W. Yoon and George P. Eppeldauer
1. Introduction
2. Design Considerations
3. Basic Optical Designs
4. Component Characterizations
5. System-Level Characterizations
6. Radiation Thermometry below the Silver Point
7. Calibration of Radiation Thermometers Using ITS-90
8. Thermodynamic Temperature Measurements Using Radiometric Techniques
9. Summary
References

Ch.5. Calculation of the Radiation Characteristics of Blackbody Radiation Sources
Alexander V. Prokhorov, Leonard M. Hanssen and Sergey N. Mekhontsev
1. Introduction
2. Definitions of Principal Quantities
3. Deterministic Methods
4. Monte Carlo Method
5. Numerical Comparison of Results Obtained by Various Methods
6. Conclusions
Acknowledgement
References

Ch.6. Blackbody and Other Calibration Sources
Jurgen Hartmann, Jorg Hollandt, Boris Khlevnoy, Svetlana Morozova, Sergey Ogarev and Fumihiro Sakuma
1. Introduction
2. Fixed-Point Blackbody Radiators
3. Variable Temperature Blackbodies for Temperatures up to 1,000°C
4. Cryogenic/Vacuum Blackbodies
5. Variable Temperature Blackbody Sources above 1,000°C
6. Lamp Sources
7. Summary
Acknowledgements
References

Ch.7. Laser Optical and Photothermal Thermometry of Solids and Thin Films
Yue Liu and Andreas Mandelis
1. Introduction
2. Interferometric Thermometry
3. Ellipsometric Thermometry
4. Photothermal Radiometric Thermometry
5. Thermoreflectance Thermometry
6. Summary
References
Appendix A: Fundamental and Other Physical Constants
Subject Index

[Александр Магунов]

Новые научные книги, в том числе и по термометрии, нужны в России очень малому числу специалистов.
Проверить это можно следующим образом. В научной поисковой системе - например, Академия Google (scholar.google.com) или www.scirus.com можно найти количество ссылок на любую книгу, изданную 5-10-20 лет назад. Критерий востребованности книги таков: если за годы, прошедшие после издания книги, она набрала много ссылок – книга нужна; если мало – не нужна (на развитие науки не влияет).

Например, находим поисковиком Академия Google, что за 21 год книга “Температурные измерения. Справочник. 1989” получила 20 ссылок в отечественных статьях.
Зато в статьях на английском за 10 лет имеется 176 ссылок на книгу Michalsky L., Eckersdorf K., Kucharski J., McGhee J., Temperature measurement. Wiley, 2001.

Это общее правило: когда книга на английском, на нее бывает обычно от 100 до 500 ссылок за 10 лет. Когда на русском – хорошо, если этих ссылок хотя бы десяток. Такая разница в количестве ссылок показывает, насколько различен спрос на новые книги. То же самое с обзорами и статьями. Поэтому неизбежная тенденция состоит в том, что авторы, желающие что-то сообщить коллегам и вызвать какое-то направленное действие, все чаще пишут статьи и книги на английском.

Новые научные книги пока еще используются в вузах в качестве учебных пособий (не для студентов, а для преподавателей), и для авторов книг это служит некоторым оправданием усилий. Но вузовские учебные пособия становятся все более дремучими. Содержание учебных пособий по термометрии выглядит так, будто они написаны 50-100 лет назад.

Итак, основная причина того, что научных книг на русском языке (и оригинальных, и переводных) выходит мало, состоит в том, что их почти некому читать, и уж совсем некому действовать после их прочтения. Это выявляется малым количеством ссылок.

[Моисеева]

Александр Николаевич,

Спасибо за информацию о книгах. Я нашла их на Амазоне и уже добавила на сайт в раздел «Публикации». Книги стоят не дешево, но думаю, что если заказывать через институт, то цена вполне приемлемая. Я наблюдаю, что многие студенты уже предпочитают учиться по учебникам и статьям, написанным на английском языке. Скоро это будет уже нормой и переводить книги будет не нужно. Сейчас появилось много возможностей для студентов, можно, например, скачивать аудио лекции профессоров университетов Англии и США, покупать через Интернет учебники и журналы. Было бы желание.

[Александр Магунов]

Несколько лет назад в серии учебных изданий “Tutorial Texts in Optical Engineering” Международного общества по оптической технике (SPIE) вышла книга:
P.Saunders, Radiation Thermometry. Fundamentals and Applications in the Petrochemical Industry. Bellingham: SPIE Press, 2007. Vol.TT78. 160 p.
Книгу можно найти в библиотеках SPIE/Rus (в Москве и др.).

Автор – Питер Саундерс – из метрологической лаборатории Новой Зеландии. Добыча собственной нефти в Новой Зеландии уменьшается, потребности покрываются импортом. Видимо, поэтому проводятся исследования по достижению оптимальных режимов переработки нефти.
Содержание первых трех глав традиционно для книг по пирометрии. Две главы (4-я и 5-я) посвящены разбору ошибок. В главе 6 рассмотрены измерения в промышленных нефтехимических установках. В отечественных книгах применения пирометрии в нефтехимической промышленности никогда, кажется, не обсуждались.

Содержание книги:

Chapter 1. Introduction
1.1 The Importance of Temperature Measurement
1.2 Why Use Radiation Thermometry?

Chapter 2. Radiation Thermometry Principles
2.1 Introduction
2.2 Heat Transfer
2.2.1 Conduction
2.2.2 Convection
2.2.3 Radiation
2.2.4 Combined effects
2.3 Blackbody Radiation
2.3.1 Planck's law
2.3.2 Wien's displacement law
2.3.3 Approximations to Planck's law
2.3.4 Total radiation and the Stefan-Boltzmann law
2.4 Emissivity
2.5 Reflected Radiation
2.5.1 Bi-directional reflectance
2.6 Absorption, Emission, and Scattering of Radiation

Chapter 3. Radiation Thermometers
3.1 Introduction
3.2 Spectral-Band Thermometers
3.2.1 Spectral responsivity
3.2.2 Output signal
3.2.3 Monochromatic approximation
3.2.4 Radiance temperature
3.2.5 Instrumental emissivity
3.3 The Gold-Cup Pyrometer
3.4 Thermal Imagers
3.5 The Laser Pyrometer
3.6 Ratio Thermometers
3.7 Multi-Wavelength Thermometers

Chapter 4. Errors in Spectral-Band Thermometry
4.1 Introduction
4.2 Emissivity Errors
4.2.1 Emissivity versus surface finish
4.2.2 Emissivity versus wavelength
4.2.3 Emissivity versus angle
4.2.4 Measuring emissivity
4.2.5 Temperature error due to emissivity error
4.3 Reflection Errors
4.3. I The measurement equation
4.3.2 Strategy 1 (Tw « Ts)
4.3.3 Strategy 2 (Tw ::::: Ts)
4.3.4 Strategy 3 (Tw » Ts)
4.3.5 Reflection error nomograms
4.3.6 Multiple tubes
4.3.7 Effective background temperature
4.3.8 Calculating the geometric view factors
4.4 Absorption and Emission Errors
4.4.1 Effective absorption coefficient
4.4.2 Analogy with reflection errors
4.4.3 Correcting absorption and emission errors
4.4.4 Multiple corrections
4.5 Errors Due to Flames
4.6 Scattering Errors
4.7 Viewing through Windows
4.8 Size-of-Source Effect
4.8.1 Scattering
4.8.2 Poor focus and diffraction
4.8.3 Misalignment
4.9 Vignetting
4.10 Ambient Temperature Dependence
4.11 Signal Linearization

Chapter 5. Measurement Uncertainty
5.1 Introduction
5.2 The Meaning of Uncertainty
5.3 Combining and Propagating Uncertainties
5.3. I Combining uncertainties
5.3.2 Propagating uncertainties
5.4 Uncertainty in the Corrected Temperature
5.4.1 Target temperature uncertainty
5.4.2 Emissivity uncertainty
5.4.3 Effective background temperature uncertainty
5.4.4 Combined uncertainty
5.4.5 Optimum wavelength

Chapter 6. Calibration of Radiation Thermometers
6.1 Introduction
6.2 Blackbody Cavities
6.2.1 Effective emissivity
6.2.2 Temperature uniformity
6.3 Calibration Methods
6.3.1 Calibration procedure
6.3.2 Calibration example

Chapter 7. Worked Examples
7.1 Introduction
7.1.1 Measurement procedure
7.1.2 Data analysis procedure
7.2 Top-Fired Multi-Row Box Furnaces
7.2.1 Measurements
7.2.2 Analysis
7.3 Side-Fired Single-Row Furnaces
7.3.1 Measurements
7.3.2 Analysis
7.4 Floor-Fired Cubic Furnaces
7.4.1 Measurements
7.4.2 Analysis
7.5 Floor-Fired Cylindrical Fumaces
7.5.1 Measurements
7.5.2 Analysis
7.6 Furnaces with Horizontal Tubes
7.6.1 Measurements
7.6.2 Analysis

References
Appendix Reflection Error Nomograms
Index