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

143 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

36203. Стропильные материалы для малоэтажных зданий 20.54 KB
  Стропила несущие конструкции скатной кровли. Наслонные стропила: концами опираются на стены здания а средней частью при пролете между опорами более 4. Наличие дополнительной опоры позволяет увеличить ширину перекрываемую наслонными стропилами до 12м а двух опор – до 15м. Висячие стропила: опираются только концами на стены здания; шаг таких стропил от 3 до 6.
36204. Конструктивные схемы зданий (схемы зданий каркасных и зданий с несущими стенами) 24.76 KB
  Несмотря на значительные различия существующие между зданиями разног назначения как во внешнем виде так и во внутренней структуре все они состоят из основных взаимосвязных архитектурноконструктивных элементов выполняющих определенные функции. Основные элементы здания разделяются на: Несущие – воспринимают основные нагрузки возникающие в здании. К основным элементам здания относятся: фундаменты стены перекрытия отдельные опоры крыша перегородки лестницы окна двери. ФУНДАМЕНТ подземная конструкция основным назначением...
36205. Естественные и искусственные основания зданий (классификация грунтов) 32.5 KB
  Классификация грунтов: Скальные грунты залегают в виде сплошного массива. Эти грунты несжимаемы водоустойчивы и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Менее прочны скальные грунты залегающие в виде трещиноватых слоев образующих подобие сухой кладки. Крупнообломочные грунты это несвязные обломки скальных пород с преобладанием по массе свыше 50 частиц размером более 2мм.
36206. Фундаменты малоэтажных зданий (конструкции, материалы) 188.22 KB
  Фундаменты малоэтажных зданий конструкции материалы Фундамент конструктивный элемент здания воспринимающий нагрузку от наземной части здания и передающий ее на основание. с подушкой3трапецеидальной формы4ступенчатый высота ступени больше или равно 30 см Фундаменты малоэтажных жилых зданий...
36207. Деревянные конструкции. Принцип фахверковой стены. Вопросы ее утепления и облицовки 51 KB
  Фахверковые дома имеют жёсткий несущий каркас из : стоек вертикальных элементов балок горизонтальных элементов раскосов диагональных элементов которые и являются основной отличительной особенностью конструкции фахверка. В основном применяются конструкции позволяющие создать большую площадь остекления что зрительно создает эффект растворения границы интерьера сближая человека с природой. В основном несущие элементы конструкции фахверка покрывают защитным составом позволяющим сохранять древесину сухой трудновоспламеняемой и...
36208. КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОСЛОЙНЫЕ И МНОГОСЛОЙНЫЕ КОНСТРУКЦИИ НЕСУЩИХ СТЕН 159 KB
  Стены основные элементы конструкции здания. Несущая стена является естественным продолжением и неотъемлемым элементом конструкции здания служит опорой для балок или бетонных плит потолочного перекрытия. Наружные стены могут быть однослойной или слоистой конструкции.
36209. Задачи дискретной оптимизации. Основные точные методы дискретной оптимизации: поиск с возвратом, динамическое программирование, метод ветвей и границ. Приближённые методы дискретной оптимизации: жадный алгоритм, метод локальных вариаций 126.5 KB
  Тогда в терминах ЦЧЛП задача о рюкзаке может быть сформулирована так: найти максимум линейной функции при ограничениях хj  0 . Найти кратчайший маршрут коммивояжера бродячего торговца начинающийся и заканчивающийся в заданном городе и проходящий через все города. Воспользовавшись им при k = n – 1 1 можно найти Q х0 – оптимальное значение критерия эффективности. Зная х1 можно найти – оптимальное управление на 2й стадии и т.
36210. Языки описания выбора. Процедуры выбора при критериальном описании: скалярно-оптимизационный механизм выбора, человеко-машинные процедуры, мажоритарные схемы 73.5 KB
  Процедуры выбора при критериальном описании: скалярнооптимизационный механизм выбора человекомашинные процедуры мажоритарные схемы. Как любая теория теория выбора начинается с языка описания. К настоящему времени сложилось три основных языка описания выбора: критериальный язык; язык бинарных отношений; язык функций выбора.
36211. Классы численных методов построения множеств неулучшаемых решений. Основные теоремы для поточечных методов и алгоритма последовательного выбора 31.5 KB
  Процедуры первой группы осуществляют поочередный поиск отдельных неулучшаемых точек как решений вспомогательных скалярных задач. В них на каждой итерации получается целое множество “неплохих†точек которое на последующих шагах постепенно улучшается. Генератор на каждой итерации порождает набор точек zk а ФВ осуществляет отбор в некотором смысле лучших из них: Генератор множеств точек zk Функция выбора С Для организации выбора необходимо произвести парные сравнения исходных вариантов и отбросить те из...