Пирометр - Pyrometer

Оптический пирометр
Моряк проверяет температуру в вентиляционной системе.

А пирометр представляет собой термометр с дистанционным зондированием, используемый для измерения температура удаленных объектов. Исторически существовали различные формы пирометров. В современном обиходе это устройство, которое на расстоянии определяет температуру поверхности по количеству тепловое излучение он излучает, процесс, известный как пирометрия, а иногда радиометрия.

Слово пирометр происходит от Греческий слово для огня, "πῦρ" (пир), и метр, то есть измерить. Слово пирометр изначально было придумано для обозначения устройства, способного измерять температуру объекта по его накал видимый свет, излучаемый телом, по крайней мере, раскаленным докрасна.[1] Современные пирометры или инфракрасные термометры также измеряют температуру более холодных объектов, вплоть до комнатной, путем определения их потока инфракрасного излучения.

Принцип

Он основан на том принципе, что интенсивность света, воспринимаемого наблюдателем, зависит от расстояния наблюдателя от источника и температуры удаленного источника. Современный пирометр имеет оптическую систему и детектор. Оптическая система фокусирует тепловое излучение на детектор. Выходной сигнал детектора (температура Т) связано с тепловым излучением или сияние целевого объекта через Закон Стефана – Больцмана, то константа пропорциональности σ, называемый Постоянная Стефана – Больцмана и излучательная способность ε объекта.

Этот выходной сигнал используется для определения температуры объекта на расстоянии, при этом пирометр не должен находиться в тепловом контакте с объектом; большинство других термометров (например, термопары и датчики температуры сопротивления (RTD)) помещаются в тепловой контакт с объектом и позволяют достигать тепловое равновесие.

Пирометрия газов представляет трудности. Чаще всего их преодолевают с помощью пирометрия тонких волокон или сажа пирометрия. Оба метода включают мелкие твердые частицы в контакте с горячими газами.[нужна цитата ]

История

Пирометр 1852 года. При нагревании металлический стержень (а) давит на рычаг (b), который перемещает указатель (с) по шкале, служащей указателем измерения. (e) представляет собой неподвижную опору, удерживающую штангу на месте. Пружина на (c) давит на (b), заставляя указатель отступить, когда стержень остынет.

Гончар Джозайя Веджвуд изобрел первый пирометр для измерения температуры в своих печах,[2] который сначала сравнивал цвет глины, обожженной при известных температурах, но в конечном итоге был усовершенствован до измерения усадки кусков глины, которая зависела от температуры печи.[3] В более поздних примерах использовалось расширение металлического стержня.[4]

Техник, измеряющий температуру расплава кремний при 2650 ° F с пирометр с исчезающей нитью в Чохральский оборудование для выращивания кристаллов на заводе транзисторов Raytheon в 1956 году.

Первый пирометр с исчезающей нитью построен Л. Холборном и Ф. Курлбаумом в 1901 г.[5] Это устройство имело тонкую электрическую нить между глазом наблюдателя и раскаленным объектом. Ток через нить накаливания регулировали до тех пор, пока она не стала того же цвета (и, следовательно, температуры), что и объект, и перестала быть видимой; он был откалиброван для определения температуры по току.[6]

Температура, возвращаемая пирометром с исчезающей нитью накала и другими подобными пирометрами, называемыми пирометрами яркости, зависит от излучательная способность объекта. С более широким использованием пирометров яркости стало очевидно, что существуют проблемы, связанные с тем, чтобы полагаться на знание значения коэффициента излучения. Было обнаружено, что коэффициент излучения меняется, часто резко, в зависимости от шероховатости поверхности, объема и состава поверхности и даже от самой температуры.[7]

Чтобы обойти эти трудности, был разработан двухцветный пирометр. Они полагаются на то, что Закон планка, которая связывает температуру с интенсивностью излучения, испускаемого на отдельных длинах волн, может быть решена для температуры, если разделить утверждение Планка об интенсивности на двух разных длинах волн. Это решение предполагает, что коэффициент излучения одинаков на обеих длинах волн.[6] и отменяется в дивизионе. Это известно как предположение о сером теле. Пирометры отношения - это, по сути, два пирометра яркости в одном приборе. Принципы работы пирометров отношения были разработаны в 1920-х и 1930-х годах, и они были коммерчески доступны в 1939 году.[5]

По мере того, как пирометр отношения стал широко использоваться, было установлено, что многие материалы, например металлы, не имеют одинаковой излучательной способности на двух длинах волн.[8] Для этих материалов коэффициент излучения не отменяется, и измерение температуры является ошибочным. Сумма ошибки зависит от коэффициентов излучения и длин волн, на которых производятся измерения.[6] Пирометры с двухцветным соотношением цветов не могут измерить, зависит ли коэффициент излучения материала от длины волны.

Для более точного измерения температуры реальных объектов с неизвестной или изменяющейся излучательной способностью в США были разработаны многоволновые пирометры. Национальный институт стандартов и технологий и описан в 1992 г.[5] Многоволновые пирометры используют три или более длин волн и математическую обработку результатов, чтобы попытаться достичь точного измерения температуры, даже когда коэффициент излучения неизвестен, меняется и различается на всех длинах волн.[6][9][8]

Приложения

Пирометр фурменный. (1) Дисплей. (2) Оптический. (3) Волоконно-оптический кабель и перископ. (4) Адаптер фурмы пирометра, имеющий: i. Подключение трубопровода суеты. II. Зажим Фюрера. iii. Зажимная шайба. iv. Шпилька зажима с / б и крепеж. v. Прокладка. vi. Глушитель Noranda tuyère. vii. Седло клапана. viii. Мяч. (5) Пневматический цилиндр: i. Умный цилиндр в сборе с внутренним датчиком приближения. II. Сборка защитной пластины. iii. Временная крышка фланца, используемая для закрытия входного отверстия перископа на адаптере фурмы, когда на фурме не установлен цилиндр. (6) Панель рабочего места оператора. (7) Световая станция пирометра. (8) Концевые выключатели. (9) 4-проводная шина кабины. (10) Шаровой кран. (11) Реле давления воздуха в перископе. (12) Реле давления воздуха в трубе. (13) Воздушный фильтр / регулятор. (14) Направленный регулирующий клапан, плита, глушитель и глушители регулировки скорости. (15) Воздушный шланг низкого давления номиналом 2 дюйма, длина 40 м.

Пирометры особенно подходят для измерения движущихся объектов или любых поверхностей, к которым нельзя добраться или к которым нельзя прикасаться. Современные многоспектральные пирометры подходят для измерения высоких температур внутри камер сгорания газотурбинных двигателей с высокой точностью.[10]

Температура - фундаментальный параметр в металлургический печь операции. Надежное и непрерывное измерение температуры металла необходимо для эффективного управления производством. Скорость плавки можно увеличить, шлак может производиться при оптимальной температуре, расход топлива сводится к минимуму, а срок службы огнеупора также может быть увеличен. Термопары были традиционными приборами, используемыми для этой цели, но они не подходят для непрерывных измерений, потому что плавятся и разлагаются.[11]

Измерение температуры горения кокса в доменной печи с помощью оптического пирометра, Лаборатория фиксированного азота, 1930.

Соляная ванна печи работают при температуре до 1300 ° C и используются для термическая обработка. При очень высоких рабочих температурах с интенсивной теплопередачей между солевым расплавом и обрабатываемой сталью точность поддерживается измерением температуры солевого расплава. Большинство ошибок вызвано шлак на поверхности, которая прохладнее, чем соляная ванна.[12]

В пирометр фурмы оптический прибор для измерения температуры через фурмы которые обычно используются для подачи воздуха или реагентов в ванну печи.

Пар котел может быть оснащен пирометром для измерения температуры пара в перегреватель.

А воздушный шар оснащен пирометром для измерения температуры в верхней части конверта, чтобы предотвратить перегрев ткани.

Пирометры могут быть установлены на экспериментальных газовая турбина двигатели для измерения температуры поверхности лопаток турбин. Такие пирометры могут быть соединены с тахометром, чтобы связать выход пирометра с положением человека. лопатка турбины. Синхронизация в сочетании с радиальным датчиком положения позволяет инженерам определять температуру в точных точках на лезвиях, проходящих мимо датчика.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "накал". Dictionary.com. Dictionary.com, LLC. Получено 2 января 2015.
  2. ^ "История - Исторические личности: Джозайя Веджвуд (1730 - 1795)". BBC. 1970-01-01. Получено 2013-08-31.
  3. ^ "Пирометр". Музей Веджвуда. Получено 23 августа 2013.
  4. ^ Дрейпер, Джон Уильям (1861). Учебник по химии. Harper & Bros., стр.24. Дрейпер, Джон Уильям.
  5. ^ а б c Михальский, Л .; Eckersdorf, K .; Kucharski, J .; МакГи, Дж. (2001). Измерение температуры. Джон Вили и сыновья. С. 162–208. ISBN  978-0-471-86779-1.
  6. ^ а б c d Мерсер, Кэролайн (2003). Оптическая метрология жидкостей, продуктов сгорания и твердых тел. Springer Science & Business Media. С. 297–305. ISBN  978-1-4020-7407-3.
  7. ^ Нг, Даниэль; Фралик, Густав (2001). «Использование многоволнового пирометра в нескольких аэрокосмических приложениях при повышенных температурах». Обзор научных инструментов. 72 (2): 1522. Bibcode:2001RScI ... 72.1522N. Дои:10.1063/1.1340558.
  8. ^ а б Д. Олингер; Дж. Грей; Р. Феличе (14 октября 2007 г.). Успешная пирометрия в литье по выплавляемым моделям (PDF). 55-я техническая конференция и выставка Института литья под давлением. Институт инвестиционного литья. Получено 2015-04-02.
  9. ^ «Датчики температуры».
  10. ^ Мехренгин, М.В .; Мешковский, И.К .; Ташкинов, В.А .; Гурьев, В.И .; Сухинец, А.В .; Смирнов, Д.С. (июнь 2019). «Многоспектральный пирометр для измерения высоких температур внутри камеры сгорания газотурбинных двигателей». Измерение. 139: 355–360. Дои:10.1016 / j.measurement.2019.02.084.
  11. ^ «Применение пирометров».
  12. ^ Михальский, Л .; Eckersdorf, K .; Kucharski, J .; МакГи, Дж. (2001). Измерение температуры. Джон Вили и сыновья. С. 403–404. ISBN  978-0-471-86779-1.

внешние ссылки