Пирометр

Пирометр используемый , или радиационный термометр , представляет собой тип дистанционного зондирования, термометра для измерения температуры удаленных объектов. Исторически существовали различные формы пирометров. В современном использовании это устройство, которое на расстоянии определяет температуру поверхности по количеству излучаемого ею теплового излучения . Этот процесс известен как пирометрия , разновидность радиометрии .

Слово «пирометр» происходит от греческого слова «огонь», «πῦρ» ( пир ), и «метр» , что означает измерение. Слово «пирометр» первоначально было придумано для обозначения устройства, способного измерять температуру объекта по его накалу — видимому свету, излучаемому телом, которое, по крайней мере, раскалено докрасна. ^[1] Инфракрасные термометры также могут измерять температуру более холодных объектов, вплоть до комнатной, путем определения потока их инфракрасного излучения. Современные пирометры доступны для широкого диапазона длин волн и обычно называются радиационными термометрами . ^[2]

Принцип

Он основан на том принципе, что интенсивность света, получаемого наблюдателем, зависит от расстояния наблюдателя от источника и температуры удаленного источника. Современный пирометр имеет оптическую систему и детектор. Оптическая система фокусирует тепловое излучение на детекторе. Выходной сигнал детектора (температура T ) связан с тепловым излучением или облученностью. $j^{\star }$ целевого объекта через закон Стефана-Больцмана , константу пропорциональности σ, называемую константой Стефана-Больцмана , и коэффициент излучения ε объекта:

j^{\star }=\varepsilon \sigma T^{4}.

Этот выходной сигнал используется для определения температуры объекта на расстоянии без необходимости термического контакта пирометра с объектом; большинство других термометров (например, термопары и термометры сопротивления (RTD)) помещаются в тепловой контакт с объектом и позволяют достичь теплового равновесия .

Пирометрия газов представляет трудности. Чаще всего эти проблемы решаются с помощью тонконитевой пирометрии или пирометрии сажи . Оба метода предусматривают контакт мелких твердых частиц с горячими газами. ^{[ нужна ссылка ]}

История

Термин «пирометр» был придуман в 1730-х годах Питером ван Мюшенбруком , более известным как изобретатель лейденской банки . Его устройство, сохранившиеся экземпляры которого неизвестны, теперь можно назвать дилатометром, поскольку оно измеряло расширение металлического стержня. ^[3]

Самый ранний пример пирометра, который, как считается, существует, — это пирометр Хиндли , хранящийся в Лондонском музее науки , датируемый 1752 годом и изготовленный для Королевской коллекции. Пирометр был достаточно известным прибором, который был довольно подробно описан математиком Эйлером в 1760 году. ^[4]

Около 1782 года гончар Джозайя Веджвуд изобрел пирометр другого типа (точнее, пирометрическое устройство ) для измерения температуры в своих печах. ^[5] 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 ( см. В шкале Веджвуда ). подробности ^[6] В более поздних примерах использовалось расширение металлического стержня. ^[7]

В 1860–1870-х годах братья Уильям и Вернер Сименс разработали платиновый термометр сопротивления , первоначально предназначенный для измерения температуры в подводных кабелях, но затем адаптированный для измерения температур в металлургии до 1000 °C, поэтому заслуживший название пирометра.

Первый пирометр с исчезающей нитью был построен Л. Холборном и Ф. Курльбаумом в 1901. ^[8] Это устройство имело тонкую электрическую нить между глазом наблюдателя и раскаленным объектом. Ток через нить регулировали до тех пор, пока она не стала того же цвета (и, следовательно, температуры), что и объект, и перестала быть видимой; он был откалиброван так, чтобы можно было определить температуру по току. ^[9]

Температура, возвращаемая пирометром с исчезающей нитью и другими подобными пирометрами, называемыми яркостными пирометрами, зависит от излучательной способности объекта. С более широким использованием яркостных пирометров стало очевидно, что существуют проблемы со знанием значения излучательной способности. Было обнаружено, что излучательная способность меняется, часто радикально, в зависимости от шероховатости поверхности, объемного и поверхностного состава и даже самой температуры. ^[10]

Чтобы обойти эти трудности, был разработан соотношение или двухцветный пирометр. Они полагаются на тот факт, что закон Планка , который связывает температуру с интенсивностью излучения, испускаемого на отдельных длинах волн, можно решить для температуры, если разделить утверждения Планка об интенсивностях на двух разных длинах волн. Это решение предполагает, что излучательная способность одинакова на обеих длинах волн. ^[9] и сводится на нет в дивизионе. Это известно как предположение серого тела . Пирометры отношения — это, по сути, два пирометра яркости в одном приборе. Принципы работы пирометров отношения были разработаны в 1920-х и 1930-х годах, а в продажу они поступили в 1939 году. ^[8]

Когда пирометр отношения стал широко использоваться, было установлено, что многие материалы, примером которых являются металлы, не имеют одинаковой излучательной способности на двух длинах волн. ^[11] Для этих материалов излучательная способность не компенсируется, и измерение температуры является ошибочным. Величина ошибки зависит от коэффициентов излучения и длин волн, на которых проводятся измерения. ^[9] Двухцветные пирометры соотношения не могут определить, зависит ли излучательная способность материала от длины волны.

Для более точного измерения температуры реальных объектов с неизвестными или изменяющимися коэффициентами излучения в Национальном институте стандартов и технологий США были предложены многоволновые пирометры , описанные в 1992 году. ^[8] Многоволновые пирометры используют три или более длин волн и математические манипуляции с результатами, чтобы попытаться добиться точного измерения температуры, даже если коэффициент излучения неизвестен, меняется или различается в зависимости от длины волны измерения. ^[9]^[10]^[11]

Приложения

Фурмовый пирометр. (1) Дисплей. (2) Оптический. (3) Оптоволоконный кабель и перископ. (4) Переходник пирометрической фурмы, имеющий: i. Шунтовое соединение труб. ii. Фурмовый зажим. iii. Зажимная шайба. iv. Зажимная шпилька в комплекте с крепежом. v. Прокладка. VI. Глушитель фурмы Noranda. VII. Седло клапана. viii. Мяч. (5) Пневматический цилиндр: i. Умный цилиндр в сборе с внутренним бесконтактным переключателем. ii. Сборка защитной пластины. iii. Временная фланцевая крышка, используемая для закрытия входного отверстия перископа на переходнике фурмы, когда на фурме не установлен цилиндр. (6) Панель станции оператора. (7) Пирометрическая световая станция. (8) Концевые выключатели. (9) 4-проводная шина кабины. (10) Шаровой кран. (11) Перископический переключатель давления воздуха. (12) Реле давления воздуха в суетной трубе. (13) Воздушный фильтр/регулятор. (14) Распределительный клапан, монтажная плита, глушитель и глушители регулировки скорости. (15) Шланг для воздуха низкого давления номиналом 2 дюйма, длина 40 м.

Пирометры особенно подходят для измерения движущихся объектов или любых поверхностей, до которых нельзя добраться или к которым нельзя прикоснуться. Современные мультиспектральные пирометры пригодны для измерения высоких температур внутри камер сгорания газотурбинных двигателей с высокой точностью. ^[12]

Температура является фундаментальным параметром в работе металлургической печи . Надежное и непрерывное измерение температуры металла имеет важное значение для эффективного управления процессом. Можно максимизировать скорость плавки, шлак производить при оптимальной температуре, минимизировать расход топлива и продлить срок службы огнеупоров. Традиционными устройствами, используемыми для этой цели, были термопары , но они непригодны для непрерывных измерений, поскольку плавятся и разрушаются.

Печи с соляными ваннами работают при температуре до 1300°С и используются для термической обработки . При очень высоких рабочих температурах с интенсивным теплообменом между расплавленной солью и обрабатываемой сталью точность поддерживается за счет измерения температуры расплавленной соли. Большинство ошибок вызвано шлаком на поверхности, которая холоднее, чем соляная ванна. ^[13]

Фурмовый пирометр — это оптический прибор для измерения температуры через фурмы , которые обычно используются для подачи воздуха или реагентов в ванну печи.

Паровой котел может быть оснащен пирометром для измерения температуры пара в пароперегревателе .

оснащен Воздушный шар пирометром для измерения температуры в верхней части конверта во избежание перегрева ткани.

Пирометры могут быть установлены на экспериментальных газотурбинных двигателях для измерения температуры поверхности лопаток турбины. Такие пирометры могут быть объединены с тахометром, чтобы связать выходной сигнал пирометра с положением отдельной лопатки турбины . Синхронизация в сочетании с датчиком радиального положения позволяет инженерам определять температуру в точных точках лезвий, проходящих мимо датчика.

См. также

Ссылки

^ «накаливание» . Словарь.com . Словарь.com, ООО . Проверено 2 января 2015 г.
^ Коутс, П.; Лоу, Д. (2016). Основы радиационных термометров . ЦРК Пресс. п. 1. ISBN 978-1-4987-7822-0 . Исторически термин «пирометр» широко использовался. В настоящее время более широко используется термин «радиационный термометр».
^ https://catalogue.museogalileo.it/object/PyrometerDilatometer.html.
^ Эйлер, Леонард (1823). Письма Эйлера по различным вопросам физики и философии, адресованные немецкой принцессе. С примечаниями и жизнью Эйлера . Перевод Генри Хантера.
^ «История — исторические личности: Джозайя Веджвуд (1730–1795)» . Би-би-си . 1 января 1970 г. Проверено 31 августа 2013 г.
^ «Пирометр» . Музей Веджвуда . Проверено 23 августа 2013 г.
^ Дрейпер, Джон Уильям (1861). Учебник по химии . Харпер и братья, с. 24 . Дрейпер, Джон Уильям.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Михальский, Л.; Экерсдорф, К.; Кучарски Дж.; МакГи, Дж. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 162–208. ISBN 978-0-471-86779-1 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мерсер, Кэролайн (2003). Оптическая метрология жидкостей, горения и твердых тел . Springer Science & Business Media. стр. 297–305. ISBN 978-1-4020-7407-3 .
^ Jump up to: ^а ^б Нг, Дэниел; Фралик, Гюстав (2001). «Использование многоволнового пирометра в некоторых аэрокосмических приложениях при повышенных температурах». Обзор научных инструментов . 72 (2): 1522. Бибкод : 2001RScI...72.1522N . дои : 10.1063/1.1340558 . hdl : 2060/20010035857 . S2CID 52218391 .
^ Jump up to: ^а ^б Д. Олинджер; Дж. Грей; Р. Феличе (14 октября 2007 г.). Успешная пирометрия при литье по выплавляемым моделям (PDF) . 55-я техническая конференция и выставка Института литья по выплавляемым моделям. Институт литья по выплавляемым моделям . Проверено 2 апреля 2015 г.
^ Мехренгин, М.В.; Мешковский И.К.; Ташкинов В.А.; Гурьев В.И.; Сухинец А.В.; Смирнов Д.С. (июнь 2019). «Мультиспектральный пирометр для измерения высоких температур в камере сгорания газотурбинных двигателей». Измерение . 139 : 355–360. Бибкод : 2019Измер..139..355M . doi : 10.1016/j.measurement.2019.02.084 . S2CID 116260472 .
^ Михальский, Л.; Экерсдорф, К.; Кучарски Дж.; МакГи, Дж. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 403–404. ISBN 978-0-471-86779-1 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с пирометрами, на Викискладе?
Патент на пирометр сопла
Инфракрасные и радиационные пирометры
Патент на многоволновой пирометр.
Оптический пирометр

[1] «накаливание» . Словарь.com . Словарь.com, ООО . Проверено 2 января 2015 г.

[Coates2016-2] Коутс, П.; Лоу, Д. (2016). Основы радиационных термометров . ЦРК Пресс. п. 1. ISBN 978-1-4987-7822-0 . Исторически термин «пирометр» широко использовался. В настоящее время более широко используется термин «радиационный термометр».

[3] ttps://catalogue.museogalileo.it/object/PyrometerDilatometer.html.

[4] Эйлер, Леонард (1823). Письма Эйлера по различным вопросам физики и философии, адресованные немецкой принцессе. С примечаниями и жизнью Эйлера . Перевод Генри Хантера.

[5] «История — исторические личности: Джозайя Веджвуд (1730–1795)» . Би-би-си . 1 января 1970 г. Проверено 31 августа 2013 г.

[6] «Пирометр» . Музей Веджвуда . Проверено 23 августа 2013 г.

[7] Дрейпер, Джон Уильям (1861). Учебник по химии . Харпер и братья, с. 24 . Дрейпер, Джон Уильям.

[Michalski-8] Jump up to: ^а ^б ^с Михальский, Л.; Экерсдорф, К.; Кучарски Дж.; МакГи, Дж. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 162–208. ISBN 978-0-471-86779-1 .

[Mercer-9] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мерсер, Кэролайн (2003). Оптическая метрология жидкостей, горения и твердых тел . Springer Science & Business Media. стр. 297–305. ISBN 978-1-4020-7407-3 .

[Ng-10] Jump up to: ^а ^б Нг, Дэниел; Фралик, Гюстав (2001). «Использование многоволнового пирометра в некоторых аэрокосмических приложениях при повышенных температурах». Обзор научных инструментов . 72 (2): 1522. Бибкод : 2001RScI...72.1522N . дои : 10.1063/1.1340558 . hdl : 2060/20010035857 . S2CID 52218391 .

[Olinger-11] Jump up to: ^а ^б Д. Олинджер; Дж. Грей; Р. Феличе (14 октября 2007 г.). Успешная пирометрия при литье по выплавляемым моделям (PDF) . 55-я техническая конференция и выставка Института литья по выплавляемым моделям. Институт литья по выплавляемым моделям . Проверено 2 апреля 2015 г.

[12] Мехренгин, М.В.; Мешковский И.К.; Ташкинов В.А.; Гурьев В.И.; Сухинец А.В.; Смирнов Д.С. (июнь 2019). «Мультиспектральный пирометр для измерения высоких температур в камере сгорания газотурбинных двигателей». Измерение . 139 : 355–360. Бибкод : 2019Измер..139..355M . doi : 10.1016/j.measurement.2019.02.084 . S2CID 116260472 .

[13] Михальский, Л.; Экерсдорф, К.; Кучарски Дж.; МакГи, Дж. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 403–404. ISBN 978-0-471-86779-1 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]