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

173 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

32603. Учет денежных средств и расчетов в крестьянском фермерском хозяйстве 33.5 KB
  Такие средства представляют собой сумму наличных денежных средств в кассе предприятия свободные денежные средства на расчетном валютном и других счетах в банке ценные бумаги и прочие денежные средства предприятия.2000 N 94н используются следующие счета в КФХ: 50 Касса ; 51 Расчетные счета ; 52 Валютные счета в редких КФХ которые только занимаются экспортом сельскохозяйственной продукции. Порядок открытия расчетного счета определяется банком. Для его открытия крестьянское фермерское хозяйство представляет учреждению банка: заявление...
32604. Учет долгосрочных и краткосрочных кредитов и займов 48.5 KB
  Операции связанные с получением и погашением банковских кредитов и займов отражаются в бухгалтерском учете на счетах 66 Расчеты по краткосрочным кредитам и займам и 67 Расчеты по долгосрочным кредитам и займам . Причитающиеся по полученным кредитам и займам проценты к уплате отражают по кредиту счета 66 67 в корреспонденции с дебетом счета 91. Суммы полученных организацией краткосрочных кредитов и займов отражаются по кредиту счета 66 Расчеты по краткосрочным кредитам и займам и дебету счетов 50 Касса 51 Расчетные счета 52...
32605. Калькулирование себестоимости продукции животноводства 52.5 KB
  Данные первичных документов по учёту приплода и прироста живой массы систематизируются в отчёте о движении скота и птицы на фермах форма №223АПК. Если мы приходуем приплод и прирост живой массы то Д11 К 20 2 Если мы приходуем молоко шерсть яйца то Д 43 2 К 20 2. Калькулирование себестоимости продукции животноводства Порядок исчисления себестоимости продукции КРС молочного направления В молочном скотоводстве по основному стаду выделяют два объекта калькулирования приплод и молоко по животным на выращивании прирост живой массы и...
32606. Вспомогательными производства 42 KB
  Учёт затрет во вспомогательных производствах ведется на счете 23 Вспомогательные производства. Он имеет следующие субсчета: 23 1 Ремонтные мастерские; 23 2 Ремонт зданий и сооружений; 23 3 Машиннотракторный парк; 23 4 Автомобильный транспорт; 23 5 Энергетические производства хозяйства; 23 6 Водоснабжение; 23 7 Гужевой транспорт; 23 8 Прочие вспомогательные производства. Аналитический учёт по счёту 23 ведут в производственных отчётах по вспомогательным производствам форма № 83АПК который открывается на...
32607. Особенности организации учёта и исчисления себестоимости продукции основных видов промышленных производств 52 KB
  Для первичных документов по учету сырья и выхода готовой продукции предусмотрен отчёт о переработке продукции форма № 180АПК. В первом разделе отчёта учитывается количество израсходованного сырья во втором количество полученной продукции. Схема учета затрат на производство и выхода продукции животноводства представлена на рисунке 6. По дебету счета собираются затраты а по кредиту учитывается выход продукции в течении года по плановой себестоимости с доведением в конце года или месяца до фактической в зависимости от вида производств.
32609. Докладно описати вантажні станції, розташовані на під’їзних коліях, виділивши: 1) умови розміщення станцій; 2) характеристика портових станцій і станцій паромних переправ; 3) характеристика перевантажувальних станцій 146 KB
  Докладно описати вантажні станції розташовані на підїзних коліях виділивши: 1 умови розміщення станцій; 2 характеристика портових станцій і станцій паромних переправ; 3 характеристика перевантажувальних станцій. 1 В пунктах стикування залізниць різної колії залізничних доріг з іншими видами транспорту і на п к підприємств споруджуються спеціальні вантажні станції. На основній станції виконується передача вагонів від УЗ на п к розформування поїздів і підбір вагонів по окремим пунктам подавання вагонів на вантажні станції або...
32610. Основні норми проектування плану і поздовжнього профілю дільничних станцій 311.5 KB
  Розміщення колій на горизонтальному майданчику полегшує умови рушення поїздів в обох напрямках знижує небезпеку уходу вагонів від товчка при маневрах або під впливом вітру. Станція окремі парки і витяжні колії повинні розташовуватися в плані на прямих дільницях що поліпшує умови видимості під час руху поїзда і маневрової роботи рушенні поїздів з місця. Головні колії на підходах до станції слід проектувати на прямих або кривих можливо більшого радіусу що створює умови для забезпечення безпечності і плавності руху поїздів....