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

184 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

75305. Характер, формы и основные этапы социальной борьбы в средневековом городе 35.5 KB
  Средневековые города возникали на земле королей а также светских и духовных феодалов. Они начали борьбу за свое освобождение добиваясь превращения сеньориального города в вольный а его жителей в свободных горожан. Позднее города стали бороться за политические привилегии: право на самоуправление и собственную юрисдикцию. Но это было по силам только очень богатым городам французским английским.
75306. Средневековое цеховое ремесло и его характер 39 KB
  Средневековое цеховое ремесло и его характер. Характерной особенностью средневекового ремесла в Европе была его цеховая организация объединение ремесленников определённой профессии в пределах данного города в особые союзы цехи. Цехи появились почти одновременно с возникновением городов. хотя окончательное оформление цехов получение специальных хартий от королей запись цеховых уставов и т.
75307. Производительные силы Западной Европы в V-XV веков 43.5 KB
  Производительные силы средневекового общества это люди с присущими им особенностями сознания трудовыми навыками природная среда их обитания и созданные ими в процессе жизнедеятельности орудия технологии и формы организации труда. Его характеризовали ручные орудия и низкая производительность труда отсутствие скольконибудь значительных материальных ресурсов простое нерасширенное воспроизводство. Даже крупные владения феодалов чаще всего представляли собой конгломерат более или менее значительных усадеб деревень или их групп...
75308. Культура Западной Европы в V-XI веках 43 KB
  Культура Западной Европы в VXI вв. Искусство Западной Европы в средние века. Книга представляет собой очерки истории искусства стран Западной Европы в средние века. Сюда были приглашены наиболее образованные люди тогдашней Европы.
75309. Международные связи в Западной Европе в XI-XV веков 40.5 KB
  Однако международные отношения этого периода не приняли еще достаточно регулярного характера: не было постоянных послов и дипломатических представительств не сложилось еще и международное право; само это понятие в целом едва ли применимо к этому времени развивались лишь отдельные его элементы и прежде всего право войны и морское право например Барселонское морское право оформившееся в XII в. Однако неожиданно монголотатары основательно истощенные к этому времени героическим сопротивлением Руси повернули в степи Причерноморья и...
75310. Возникновение, сущность и эволюция средневекового государства 34.5 KB
  Возникновение сущность и эволюция средневекового государства. Процесс образования централизованного феодального государства в России имел в своей основе те же общие закономерности исторического развития что и процесс образования централизованных феодальных государств в странах Западной Европы. Формы феодального государства были различными но классовая его сущность оставалась одна и та же. Характеризуя основные черты государства в средние века В.
75311. Происхождение термина «средние века» 28 KB
  Происхождение термина средние века. Термин средние века перевод с латинского выражения medium evum средний век 1 был впервые введен итальянскими гуманистами. С позиций высоких достижений культуры Возрождения средние века им виделись как период одичания и варваризации античного мира как время испорченной кухонной латыни. Келлер ввел термин средние века в общую периодизацию всемирной истории разделив ее на античность средневековье и новое время.
75313. Отечественная историография о феодализме 39.5 KB
  Гуревича многих других исследователей продвинулось вперед выяснение отдельных явлений и событий истории средневекового мира прогрессировало теоретическое осмысление проблематики феодализма. Конрад хотя он сам как и другие востоковеды сталкивался с трудноразрешимыми проблемами при рассмотрении феодализма во всемирноисторическом масштабе. Но подобное понимание феодализма оказывается крайне обедненным сводимым к малосодержательной социологической абстракции....