Пирометр

Пирометр используемого , или термометр радиации , представляет собой тип дистанционного сенсорного термометра, для измерения температуры отдаленных объектов. Исторически существовали различные формы пирометров. В современном использовании это устройство, которое с расстояния определяет температуру поверхности от количества теплового излучения , которое он излучает, процесс, известный как пирометрия , тип радиометрии .

Слово пирометр исходит от греческого слова для огня, «πῦρ» ( пир ) и метра , что означает измерение. Слово пирометр был первоначально придуман для обозначения устройства, способного измерять температуру объекта по его заканчиванию , видимый свет, испускаемый телом, который, по крайней мере, красной. ^{[ 1 ]} Инфракрасные термометры , также могут измерять температуру более холодных объектов, до комнатной температуры, обнаружив их инфракрасный поток радиации. Современные пирометры доступны для широкого диапазона длин волн и обычно называют радиационными термометрами . ^{[ 2 ]}

Принцип

Он основан на принципе, что интенсивность света, полученного наблюдателем, зависит от расстояния наблюдателя от источника и температуры отдаленного источника. Современный пирометр имеет оптическую систему и детектор. Оптическая система фокусирует тепловое излучение на детекторе. Выходной сигнал детектора (температура t ) связан с термическим излучением или излучением $j^{\star }$ целевого объекта через закон Стефана -Болтцмана , константа пропорциональности σ, называемая постоянной Стефана -Болтцмана и излучательностью ε объекта:

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

Этот выход используется для вывода температуры объекта на расстоянии, без необходимости, чтобы пирометр находился в тепловом контакте с объектом; Большинство других термометров (например, термопары и детекторы температуры сопротивления (RTD)) помещаются в тепловой контакт с объектом и дают достичь теплового равновесия .

Пирометрия газов представляет трудности. Они чаще всего преодолеваются с использованием тонкой филаментной пирометрии или пирометрии сажи . Оба метода включают небольшие твердые вещества в контакте с горячими газами. ^{[ Цитация необходима ]}

История

Термин «пирометр» был придуман в 1730 -х годах Питером Ван Мусченбруком , более известным как изобретатель Лейдена Джар . Его устройство, из которых не известно не известно, теперь можно назвать дилатометром, потому что оно измеряло расширение металлического стержня. ^{[ 3 ]}

Самым ранним примером пирометра, который, как считается, существует, является пирометр Хиндли, удерживаемый лондонским музеем науки , датируемый 1752 году, созданный для Королевской коллекции. Пирометр был достаточно известным инструментом, который был описан в некоторых деталях математиком Эйлером в 1760 году. ^{[ 4 ]}

Около 1782 года Поттер Джозия Веджвуд изобрел другой тип пирометра (или, скорее, пирометрическое устройство ), чтобы измерить температуру в своих печи, ^{[ 5 ]} который сначала сравнивал цвет глины, выпущенной при известных температурах, но в конечном итоге был модернизирован до измерения усадки кусочков глины, что зависело от температуры печи ( см. В Wedgwood Scale ). подробности ^{[ 6 ]} Более поздние примеры использовали расширение металлической стержня. ^{[ 7 ]}

В 1860 -х - 1870 -х годах братья Уильям и Вернер Сименс разработали термометр сопротивления платиновой сопротивления , первоначально для измерения температуры в подводных кабелях, но затем адаптировался для измерения температуры в металлургии до 1000 ° C, следовательно, заслуживает названия пирометра.

Около 1890 года Генри Луи Ле Шателье разработал термоэлектрический пирометр. ^{[ 8 ]}

Первый пирометр исчезающего филамента был построен Л. Холборном и Ф. Курльбаумом в 1901 году. ^{[ 9 ]} Это устройство имело тонкую электрическую нить между глазом наблюдателя и объектом накаливания. Ток через нить отрегулировался до тех пор, пока он не стал такого же цвета (и, следовательно, температуры), что и объект, и больше не видно; Он был откалиброван, чтобы позволить температуре вывести из тока. ^{[ 10 ]}

Температура, возвращаемая пирометром исчезновения, и другими в своем роде, называемом пирометрами яркости, зависит от излучательной способности объекта. С большим использованием пирометров яркости стало очевидно, что проблемы существуют с полагающимися на знание ценности излучения. Было обнаружено, что излучательная способность меняется, часто резко, с шероховатостью поверхности, объемным и поверхностным составом и даже самой температурой. ^{[ 11 ]}

Чтобы обойти эти трудности, было разработано соотношение или двухцветный пирометр. Они полагаются на тот факт, что закон Планка , который связывает температуру с интенсивностью излучения, излучаемого на отдельных длинах волн, может быть решен для температуры, если будет разделено утверждение Планка о интенсивностях на двух разных длинах волн. Это решение предполагает, что излучательная способность одинакова на обеих длин волн ^{[ 10 ]} и отменяется в подразделении. Это известно как предположение с серой тел . Соотношение пирометров по существу представляет собой два пирометра яркости в одном инструменте. Операционные принципы соотношения пирометров были разработаны в 1920 -х и 1930 -х годах, и они были коммерчески доступны в 1939 году. ^{[ 9 ]}

По мере того, как пирометр соотношения стал в популярном использовании, было установлено, что многие материалы, из которых являются примером, не имеют одинаковой излучательной способности на двух длин волн. ^{[ 12 ]} Для этих материалов излучательная способность не отменяется, а измерение температуры ошибочно. Количество ошибок зависит от излучения и длины волн, где проводятся измерения. ^{[ 10 ]} Двухцветное соотношение пирометров не может измерить, зависит ли излучательная способность материала в зависимости от длины волны.

Чтобы более точно измерить температуру реальных объектов с неизвестной или изменяющейся эмиссивностью, в Национальном институте стандартов и технологий были представлены многоволновые пирометры и описаны в 1992 году. ^{[ 9 ]} Многоволновые пирометры используют три или более длины волн и математические манипуляции с результатами, чтобы попытаться добиться точного измерения температуры, даже когда излучательная способность неизвестна, изменяется или отличается в зависимости от длины волны измерения. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Приложения

Пирометр Tuyère. (1) отображение. (2) Оптический. (3) волоконно -оптический кабель и перископ. (4) Пирометр Tuyère Adapter, имеющий: i. Соединение суеты. II Tuyère Clamp. iii. Зажимная шайба. IV CLAMP STUD C/W и крепление оборудования. v. Прокладка. VI Noranda Tuyère Silencer. VII. Сиденье клапана. VIII. Мяч. (5) Пневматический цилиндр: i. Умный цилиндр сборки с внутренним переключателем близости. II Охраняемая пластина в сборе. iii. Временная пластина с фланцевой крышкой, используемая для покрытия входного отверстия в перископе на адаптере Tuyère, когда на Tuyère не установлено цилиндр. (6) Панель станции оператора. (7) Пирометр легкая станция. (8) Предельные переключатели. (9) 4 Проводящая шина. (10) шаровой клапан. (11) Переключатель давления воздуха Перископа. (12) Выключатель давления воздуха суеты. (13) Фильтр/регулятор авиакомпании. (14) Управляющий клапан направленного, подплата, глушитель и глушители управления скоростью. (15) 2 "номен.

Пирометры подходят особенно для измерения движущихся объектов или любых поверхностей, которые не могут быть достигнуты или не могут быть затронуты. Современные мультиспектральные пирометры подходят для измерения высоких температур внутри камер сгорания газовых турбинных двигателей с высокой точностью. ^{[ 13 ]}

Температура является фундаментальным параметром в металлургической печи операциях . Надежное и непрерывное измерение температуры металла необходимо для эффективного контроля операции. Скорость плавки может быть максимизирована, шлак может быть произведен при оптимальной температуре, расход топлива минимизируется, а срок службы также может быть удлинен. Термопары были традиционными устройствами, используемыми для этой цели, но они не подходят для непрерывных измерений, потому что они тают и разлагаются.

Соленные ванные печи работают при температуре до 1300 ° C и используются для термообработки . При очень высоких рабочих температурах с интенсивным теплообменом между расплавленной солью и обработанной сталью точность поддерживается путем измерения температуры расплавленной соли. Большинство ошибок вызваны шлаком на поверхности, которая прохладнее солевой ванны. ^{[ 14 ]}

Пирометр Tuyère является оптическим инструментом для измерения температуры через Tuyeres , которые обычно используются для кормления воздуха или реагентов в ванну печи.

Паровой котел может быть оснащен пирометром для измерения температуры пар в перегревателе .

Шалок с горячим воздухом оснащен пирометром для измерения температуры в верхней части конверта, чтобы предотвратить перегрев ткани.

Пирометры могут быть установлены на экспериментальные газовые турбинные двигатели для измерения температуры поверхности турбинных лопастей. Такие пирометры могут быть соединены с тахометром, чтобы связать выход пирометра с положением отдельной турбинной лезвия . Время в сочетании с энкодером радиального положения позволяет инженерам определять температуру в точных точках на лезвиях, перемещающихся мимо зонда.

Смотрите также

Ссылки

^ "Сколочка" . Dictionary.com . Dictionary.com, LLC . Получено 2 января 2015 года .
^ Coates, P.; Лоу, Д. (2016). Основы радиационных термометров . CRC Press. п. 1. ISBN 978-1-4987-7822-0 Полем Исторически термин «пирометр» широко использовался. В настоящее время термин «радиационный термометр» более широко пользуется.
^ Галилей - пирометр или температура "
^ Эйлер, Леонхард (1823). Письма Эйлера по разным предметам физики и философии, адресованные немецкой принцессе. С заметками и жизнью Эйлера . Перевод Генри Хантера.
^ «История - Исторические фигуры: Джозия Веджвуд (1730–1795)» . Би -би -си . 1970-01-01 . Получено 2013-08-31 .
^ "Пирометр" . Музей Веджвуд . Получено 23 августа 2013 года .
^ Дрейпер, Джон Уильям (1861). Учебник по химии . Harper & Bros. p. 24 Дрейпер, Джон Уильям.
^ Desch, Ch (1941). «Роберт Эбботт Хэдфилд. 1858–1940» . Некролог уведомлений о стипендиатах Королевского общества . 3 (10): 647–664. doi : 10.1098/rsbm.1941.0027 . S2CID 178057481 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Michalski, L.; Eckersdorf, K.; Кучарски, Дж.; McGhee, J. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 162–208. ISBN 978-0-471-86779-1 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Мерсер, Кэролин (2003). Оптическая метрология для жидкостей, сжигания и твердых веществ . Springer Science & Business Media. С. 297–305. ISBN 978-1-4020-7407-3 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Нг, Даниэль; Fralick, Gustave (2001). «Использование многоволнового пирометра в нескольких повышенных температурных аэрокосмических приложениях». Обзор научных инструментов . 72 (2): 1522. Bibcode : 2001rsci ... 72.1522N . doi : 10.1063/1.1340558 . HDL : 2060/20010035857 . S2CID 52218391 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Д. Олингер; Дж. Грей; Р. Феличе (2007-10-14). Успешная пирометрия в инвестиционном литье (PDF) . Институт инвестиций 55 -я техническая конференция и выставка. Институт инвестиций . Получено 2015-04-02 .
^ Mekhrengin, MV; Мешковский, IK; Ташкиновский, Вирджиния; Гурив, VI; Sukhinets, av; Смирнов, DS (июнь 2019 г.). «Мультиспектральный пирометр для высокотемпературных измерений внутри камеры сгорания газовых турбинных двигателей». Измерение . 139 : 355–360. Bibcode : 2019meas..139..355m . doi : 10.1016/j.measurement.2019.02.084 . S2CID 116260472 .
^ Michalski, L.; Eckersdorf, K.; Кучарски, Дж.; McGhee, J. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 403–404. ISBN 978-0-471-86779-1 .

Внешние ссылки

[1] "Сколочка" . Dictionary.com . Dictionary.com, LLC . Получено 2 января 2015 года .

[Coates2016-2] Coates, P.; Лоу, Д. (2016). Основы радиационных термометров . CRC Press. п. 1. ISBN 978-1-4987-7822-0 Полем Исторически термин «пирометр» широко использовался. В настоящее время термин «радиационный термометр» более широко пользуется.

[3] Галилей - пирометр или температура "

[4] Эйлер, Леонхард (1823). Письма Эйлера по разным предметам физики и философии, адресованные немецкой принцессе. С заметками и жизнью Эйлера . Перевод Генри Хантера.

[jw1-5] «История - Исторические фигуры: Джозия Веджвуд (1730–1795)» . Би -би -си . 1970-01-01 . Получено 2013-08-31 .

[wm1-6] "Пирометр" . Музей Веджвуд . Получено 23 августа 2013 года .

[7] Дрейпер, Джон Уильям (1861). Учебник по химии . Harper & Bros. p. 24 Дрейпер, Джон Уильям.

[frs-8] Desch, Ch (1941). «Роберт Эбботт Хэдфилд. 1858–1940» . Некролог уведомлений о стипендиатах Королевского общества . 3 (10): 647–664. doi : 10.1098/rsbm.1941.0027 . S2CID 178057481 .

[Michalski-9] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Michalski, L.; Eckersdorf, K.; Кучарски, Дж.; McGhee, J. (2001). Измерение температуры . Джон Уайли и сыновья. стр. 162–208. ISBN 978-0-471-86779-1 .

[Mercer-10] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Мерсер, Кэролин (2003). Оптическая метрология для жидкостей, сжигания и твердых веществ . Springer Science & Business Media. С. 297–305. ISBN 978-1-4020-7407-3 .

[Ng-11] Jump up to: ^а ^{беременный} Нг, Даниэль; Fralick, Gustave (2001). «Использование многоволнового пирометра в нескольких повышенных температурных аэрокосмических приложениях». Обзор научных инструментов . 72 (2): 1522. Bibcode : 2001rsci ... 72.1522N . doi : 10.1063/1.1340558 . HDL : 2060/20010035857 . S2CID 52218391 .

[Olinger-12] Jump up to: ^а ^{беременный} Д. Олингер; Дж. Грей; Р. Феличе (2007-10-14). Успешная пирометрия в инвестиционном литье (PDF) . Институт инвестиций 55 -я техническая конференция и выставка. Институт инвестиций . Получено 2015-04-02 .

[13] Mekhrengin, MV; Мешковский, IK; Ташкиновский, Вирджиния; Гурив, VI; Sukhinets, av; Смирнов, DS (июнь 2019 г.). «Мультиспектральный пирометр для высокотемпературных измерений внутри камеры сгорания газовых турбинных двигателей». Измерение . 139 : 355–360. Bibcode : 2019meas..139..355m . doi : 10.1016/j.measurement.2019.02.084 . S2CID 116260472 .

[14] Michalski, L.; Eckersdorf, K.; Кучарски, Дж.; McGhee, J. (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 ]

[ 14 ]