36335

Методы измерения температуры, бесконтактный метод

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры действие которых основано на измерении теплового излучения называются пирометрами. Физические тела характеризуются либо непрерывным спектром излучения твердые и жидкие вещества либо избирательным газы. Эта связь описывается законом Планка: где М0λТ плотность мощности излучения испускаемого телом находящимся при температуре Т на длине волны λ Т ...

Русский

2013-09-21

56.5 KB

171 чел.

1. Методы измерения температуры, бесконтактный метод

Одним из основных параметров, определяющих ход технологических процессов, является температура.

Температура – это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Она определяется кинетической энергией атомов и молекул тела. Под температурной шкалой понимается непрерывная совокупность чисел, линейно связанных с числовыми значениями температуры. Существуют шкалы Кельвина, Цельсия и Фаренгейта. Большая часть измерений, проводящихся в промышленности, и особенно это касается металлургии, это измерение температуры.  Бесконтактное измерение высоких температур необходимо в тех случаях, когда измерение температуры контактным способом сильно затруднено или невозможно, например, измерение температуры движущейся полосы металла в горячем прокате.

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называются пирометрами. Они позволяют измерять температуру в диапазоне от 100 до 6000С и выше.

Физические тела характеризуются либо непрерывным спектром излучения (твердые и жидкие вещества), либо избирательным (газы). Участок спектра в интервале длин волн 0,02…0,4 мкм соответствует ультрафиолетовому излучению, участок 0,4…0,76 мкм – видимому излучению, участок 0,76…400 мкм – инфракрасному излучению. Интегральное излучение – это суммарное излучение, испускаемое телом во всем спектре длин волн. Монохроматическим называют излучение, испускаемое при определенной длине волны.

Бесконтактные методы измерения температуры основаны на связи, существующей между температурой тела и количеством излучаемой им энергии. Эта связь описывается законом Планка:

, где

М0(λ,Т) – плотность мощности излучения испускаемого телом, находящимся при температуре Т, на длине волны λ,

Т – температура абсолютно черного тела,

, где с0 – скорость света, h – постоянная Планка.

, где k – постоянная Больцмана.

В случае, если λТ<3000 мкм·град, можно воспользоваться приближением Вина:

Основным уравнением пирометрии суммарного, полного излучения является закон Стефана-Больцмана для полной энергетической светимости:

,

где Е0 – суммарная энергия черного тела, Т – температура черного тела,

- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, постоянная, равная 5,6696·10-8 Вт/(м2·К4).

Законы теплового излучения – уравнения Планка, Вина и Стефана-Больцмана, показывают, что из измерений спектрального распределения плотности теплового излучения и интегральной плотности мощности можно определить температуру нагретых тел. В классических методах оптической пирометрии температуру поверхности объекта определяется по следующим характеристикам теплового излучения:

  1.  интегральному потоку всем диапазоне длин волн (пирометр полного излучения)
  2.  интенсивности в некотором ограниченном диапазоне длин волн (пирометр частичного излучения)
  3.  интенсивности или яркости на определенной длине волны  (квазимонохроматический или яркостный пирометр),
  4.  отношению интенсивностей в двух или более спектральных  интервалах (пирометр спектрального отношения или цветовой пирометр).

В соответствии с этой классификацией определяют и различные условные температуры.

Из-за отличия излучательной способности  реальных тел от излучательной способности абсолютно черного тела, значения температуры, определенные по их тепловому излучению должны отличаться от истинного значения температуры. Поэтому говорят об «условных» или «пирометрических» температурах. В современных оптических пирометрах вклад инструментальной погрешности в общую погрешность измерения температуры, как правило,  исключительно мал. Поэтому основной задачей оптической пирометрии является разработка методов введения поправок, устраняющих, или по меньшей мере уменьшающих, разность между истинной и условными температурами.

Ведение понятия условных температур связано прежде всего с тем, что единственным способом калибровки оптических пирометров является их градуировка по излучению абсолютно черному тела.

Также пирометры классифицируют по температурному диапазону:

– Низкотемпературные (инфракрасные радиометры). Обладают способностью показываться температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра.

 Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно-нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.

Рассмотрим несколько примеров.

Пирометры полного излучения (радиационные)

 В пирометрах этого вида полное излучение тела, температура которого подлежит измерению, направляется с помощью оптической системы (линза 1 и диафрагма 2) на рабочий конец приемника излучения 3 и нагревает его. В качестве приемника излучения в металлургии обычно используется термобатарея, представляющая собой несколько соединенных вместе термопар. В качестве приемника излучения применяются также болометры, тепловые быстродействующие индикаторы, пироэлектрические приемники. Термо-э.д.с. приемника излучения, устанавливающаяся в результате воздействия на нее потока лучистой энергии и теплообмена с окружающими деталями, измеряется прибором ИП. Через окуляр 5 с фильтром 4 производится наведение пирометра на объект измерения.

Количество тепла, получаемого рабочим концом термопары то нагретого тела, в соответствии с законом Стефана-Больцмана пропорционально четвертой степени температуры тела и для реальных тел равно: ,

где ε(Т) - коэффициент теплового излучения тела;

Радиационная температура при этом равна:

При  известном суммарном коэффициенте черноты тела возможен пересчет с радиационной температуры тела на его действительную (истинную) температуру:

Радиационные пирометры (РАПИР) выпускают в различных

модификациях для измерения температур по полному тепловому излучению в

диапазоне температур 400 - 2500°С.

Тепловая инерция пирометров полного излучения определяется в основном инерцией приемника излучения, к примеру для термобатарей это время около 2с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73608. РАССКАЗ В ЭКСКУРСИИ 134 KB
  Экскурсия представляет собой органическое сочетание средств предметной и изобразительной наглядности и важного дополнения к этому уникальному в своем роде сочетанию слова. Важно в процессе проведения экскурсии обеспечить органическое единство между тем что получает человек при наблюдении объектов и пояснениями экскурсовода. Что такое экскурсионный рассказ Рассказ условно принятое в экскурсионном деле название устной части экскурсии т..
73609. Загальне діагностування і технічне обслуговування системи живлення карбюраторного двигуна 51.5 KB
  При виконані лабораторної роботи були виявлені наступні несправності: негерметичність системи живлення (пошкоджені мембрана і прокладка бензонасоса), неправильно відрегульована частота обертання колінчастого вала на холостом ходу і збільшена токсичність відпрацьованих газів при роботі двигуна на холостом ходу.
73610. Технічне обслуговування елементів системи живлення карбюраторного двигуна 49.5 KB
  Мета роботи: Придбати практичні навички в визначенні технічного стану елементів системи живлення карбюраторного двигуна. Перевірити технічний стан фільтра грубої очистки палива. Перевірити технічний стан фільтра тонкої очистки палива. Перевірити технічний стан повітряного фільтра.
73611. Контрольний огляд двигуна. Діагностування двигуна вцілому 47 KB
  Діагностування двигуна вцілому. Зміст роботи: Візуальний огляд і перевірка комплектності двигуна. Перевірка двигуна запуском.
73612. Діагностування двигуна по герметичності надпоршневого простору 86.5 KB
  Діагностування двигуна по втечі стисненого повітря. Випустити повітря з компресометра через зворотній клапан. Діагностування двигуна по втечі стисненого повітря Підготовити до роботи компресор. Накачати в ресивер повітря до тиску...
73613. Перевірка та регулювання теплових зазорів в газорозподільчому механізмі 74 KB
  При виконані лабораторної роботи було виявлено збільшення теплових зазорів в ГРМ двигуна. Несправність усувається регулюванням зазору. Після усунення несправності двигун допускається до експлуатації.
73614. Загальне діагностування систем охолодження і мащення на двигуні 58.5 KB
  Перевірити рівень охолоджуючої рідини в радіаторі. Перевірити технічний стан пароповітряного клапана пробки радіатора. Перевірити легкість переміщення клапана. Перевірити візуально герметичність системи охолодження.
73615. Технічне обслуговування елементів системи охолодження 70 KB
  Огляд радіатора і перевірка його герметичності. Матеріальнотехнічне оснащення робочого місця: пристрій для перевірки герметичності радіатора; компресор з ресивером або насос; пристрій для перевірки справності термостата; градусник; нагрівальний елемент; штангенциркуль; набір інструментів.
73616. Технічне обслуговування елементів системи мащення 65.5 KB
  Технічне обслуговування масляних фільтрів Очищення центрифуги відцентрового фільтра двигун ЗИЛ130 Відкрутити гайку кріплення кожуха фільтра і зняти кожух. Вигвинтити пробку з корпуса фільтра і вставити в отвір стержень який утримує корпус від провертання. Заміна фільтруючих елементів масляного фільтра двигун КАМАЗ740 Викрутити зливні пробки з ковпаків і злити масло в підготовлену місткість.