Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Преимущества и недостатки бесконтактного измерения температуры



Сформулированы преимущества и недостатки бесконтактного метода измерения температуры. Приведены пять основных факторов, влияющих на точность результатов измерения пирометров.
Если до начала 70-х гг. прошлого столетия основными приборами для пирометрических измерений являлись пирометры с исчезающей нитью накала, то в последние годы, благодаря бурному развитию электронных и цифровых технологий, в практике появилось большое разнообразие различных приборов для бесконтактного измерения температуры по тепловой радиации (пирометров).

В этой связи крайне актуальными являются вопросы оценки преимуществ и недостатков как самого пирометрического метода, так и сравнительной оценки различных типов пирометров.
Преимуществами пирометрических методов измерения температуры перед контактными являются:

· высокое быстродействием, определяемое типом приемника излучения и схемой обработки электрических сигналов. При использовании квантовых приемников излучения (фотодиодов) и быстродействующих аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) постоянная времени может составлять 10-2 …10-6 с;

· возможность измерения температуры движущихся объектов и элементов оборудования, находящихся под высоковольтным потенциалом;

· отсутствие искажения температурного поля объекта контроля, что особенно актуально при измерении температуры материалов с низкой теплопроводностью (дерево, пластик и др.), а также риска повреждения поверхности и формы в случае мягких (пластичных) объектов;

· возможность измерения высоких температур, при которых применение контактных средств измерения либо невозможно, либо время их работы очень невелико;

· возможность работы в условиях повышенной радиации и температуры окружающей среды (до 250°С) при разнесении приемной головки и электроники пирометра с помощью оптоволоконного кабеля.

Основными недостатками пирометрических измерений температуры являются трудности полного учета связей между термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром тепловой радиацией. Необходимо учитывать изменение излучательной способности поверхности e от длины волны l в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры T в диапазоне измерений, наличие поглощения излучения в среде между пирометром и объектом контроля, геометрические параметры поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса прибора.



Рассмотрим основные факторы, влияющие на точность результатов измерений пирометром более подробно. Как известно, пирометр вычисляет температуру объекта, измеряя поток теплового излучения с некоторой части его поверхности в рабочей области спектра (либо используя отношение потоков в двух и более областях спектра – в пирометрах спектрального отношения). Для расчета плотности излучения в заданном спектральном интервале применяют закон Планка, который является основным и наиболее общим законом в теории теплового излучения:

 

где

e - излучательная способность,

С1 и С2 – первая и вторая постоянные Планка,

l - длина волны,

Т – температура.

Для непрозрачных тел справедливо выражение:

e = A = 1 – R,

где

A – коэффициент поглощения,

R - коэффициент отражения.

Объект с R=0, т.е. полностью поглощающий падающее на него излучение, обладает наибольшей излучательной способностью e = 1 и называется “абсолютно черным телом” (АЧТ). Реальные объекты имеют излучательную способность меньше 1 и, следовательно, излучают меньше энергии. Проблема заключается в том, что для большинства реальных объектов излучательная способность зависит от температуры и длины волны, т.е. e = f(l,T), а также от многих других факторов: материала и формы объекта, состояния поверхности, наличия оксидной пленки, конденсата влаги и т.п.



 

Рисунок 4. Излучательная способность АЧТ и реальных объектов

Дерево, пластик, органические материалы, камень, графит имеют излучательную способность около 0,8…0,95, в противоположность им излучательная способность металлов может изменяться в очень широких пределах, зависит от температуры и длины волны. Поверхность расплавленного металла образует гладкое зеркало, излучательная способность которого может быть менее 0,1, а излучательная способность плавающего на поверхности шлака может достигать значений 0,9…0,95.

Для корректного измерения температуры необходимо точно указать пирометру излучательную способность объекта, для определения которой в пирометрической практике в настоящее время используются следующие способы:

· справочные таблицы, приводимые обычно в руководстве на пирометр или в справочниках. Способ самый простой и наименее точный;

· измерение температуры объекта контактным способом (например, поверхностной термопарой), затем, изменяя значение излучательной способности на задатчике пирометра, добиться равенства показаний пирометра и термопары. Если по каким либо причинам провести измерение температуры объекта контактным способом невозможно, эту процедуру следует провести с образцом материала объекта, нагрев его до температуры близкой к температуре объекта. Некоторые модели пирометров имеют разъем для подключения термопары и могут измерять температуру контактным и бесконтактным способом одновременно;

· просверлить в объекте (или в образце материала объекта) отверстие диаметром, соответствующим диаметру поля зрения пирометра и глубиной, не менее чем в пять раз больше диаметра. Измерить температуру внутри отверстия при помощи пирометра, излучательную способность созданной таким образом модели АЧТ можно принять равной 1. Затем навести пирометр на неповрежденную поверхность объекта и, изменяя значение излучательной способности на задатчике пирометра, добиться показаний, близких к полученным ранее по модели АЧТ. Этот способ наиболее трудоемок и приемлем в том случае, если перепад температур по длине отверстия незначителен;

· при невысоких температурах можно окрасить часть поверхности объекта черной матовой краской, излучательную способность которой можно принять равной 0,95, измерить температуру окрашенной поверхности пирометром, а затем определить излучательную способность неокрашенной поверхности, как описано выше. Между пирометром и объектом не должно быть препятствий, непрозрачных в рабочей области спектра пирометра, в противном случае, в результате уменьшения потока излучения, показания пирометра разанижены. Объект измерения, напротив, должен быть непрозрачным в данной области спектра. Для примера возьмем обычное оптическое стекло при 25°С.

 

Рисунок 5. Оптические характеристики стекла при 25оС

В качестве параметра, определяющего диаметр поля зрения пирометра, обычно используют “показатель визирования” h, равный отношению диаметра поля зрения к расстоянию до точки измерения.

 

Рисунок 6. Определение показателя визирования


Просмотров 1866

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2020 год. Все права принадлежат их авторам!