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輻射高溫計(jì)是根據(jù)黑體輻射原理進(jìn)行溫度測量的。它由感溫元件和指示部分組成,其感溫元件為輻射能感溫器,工業(yè)上常用的有熱電堆和真空熱電偶。
輻射高溫溫度計(jì)的測溫上限很高,最高可達(dá)2800℃甚至更高。輻射高溫計(jì)是根據(jù)物體在整個(gè)波長范圍內(nèi)的輻射能量與其溫度之間的函數(shù)關(guān)系從而進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。它用輻射感溫器作為一次儀表,電子電位差計(jì)作為二次儀表,屬于透鏡聚焦式感溫器。它具有鋁合金外殼,前部是物鏡,殼體內(nèi)裝有熱電堆補(bǔ)償光欄,在靠緊熱電堆的視場光欄上有一塊調(diào)檔板,其作用是調(diào)節(jié)照射到熱電堆上的輻射能量,使產(chǎn)品具有統(tǒng)一的分度值,在可拆卸的后蓋板上裝有目鏡,借以觀察被測物體的影像。
輻射感溫器把被測物體的輻射能,經(jīng)過透鏡聚焦在熱敏元件上,熱敏元件負(fù)責(zé)把輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妳?shù),由已知的熱電勢與物體溫度之間的關(guān)系通過二次儀表測出熱電勢,顯示出溫度值,這個(gè)溫度值須用物體的全輻射黑體系數(shù)予以校正或用鉑銠10—鉑熱電偶直接插入高溫鹽浴爐中配以直流電位差計(jì)測量溫度,然后與儀表顯示溫度對比,用以校準(zhǔn)高溫計(jì)測量溫度的準(zhǔn)確程度。
輻射高溫計(jì)分為全輻射高溫計(jì)和部分輻射高溫計(jì)。
1.全輻射高溫計(jì)
因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)和探測元件對光譜輻射的響應(yīng)有選擇性,不可能完全接收全波長的輻射,因此全輻射溫度計(jì)也可稱為寬帶輻射溫度計(jì)。它是根據(jù)物體的全波長輻射能與溫度之間的關(guān)系來測量溫度的。由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、測量儀表和用于冷卻及煙塵防護(hù)的輔助裝置組成。被測物體向傳感器方向發(fā)射的輻射經(jīng)過透鏡聚焦到探測元件上,所產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)可由測量儀表顯示或記錄(圖 1全輻射高溫計(jì)原理)。探測器通常采用響應(yīng)波段較寬的熱電堆(見溫差電偶)。為提高靈敏度,熱電堆往往需要由十幾支、幾十支的溫差電偶串聯(lián)組成,因而熱慣性較大,時(shí)間常數(shù)一般為秒級(jí)以上。除此之外,熱電堆的基準(zhǔn)端溫度應(yīng)保持恒定或采取自動(dòng)溫度補(bǔ)償措施。
全輻射高溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能穩(wěn)定、可以自動(dòng)記錄和遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)等。測溫范圍為100~2000℃,測溫誤差絕對值為8~12℃。
圖 1全輻射高溫計(jì)原理
2.部分輻射高溫計(jì)
它利用被測物體的部分波段輻射能與溫度之間的關(guān)系來測量物體溫度,又被稱窄帶輻射溫度計(jì)。部分輻射高溫計(jì)由某一較窄響應(yīng)波段的光學(xué)系統(tǒng)和探測元件組成。被測物體的部分熱輻射經(jīng)調(diào)制盤和濾色片后照到探測元件上,再經(jīng)放大由儀表顯示或記錄。
輻射高溫計(jì)在測量中不與被測物體接觸,是非接觸式簡易輻射測溫儀表,安裝現(xiàn)場的環(huán)境因素會(huì)對測量造成很大的影響。外來光的干擾是指從外來光源入射到被測表面上并且被反射混入到測量光中。如室外測量時(shí)的陽光,室內(nèi)測量時(shí)的照明光,附近加熱爐和火焰等。對一些固定的難以避免的外來光源設(shè)置遮蔽裝置,如果工作在很高的環(huán)境溫度中,遮蔽裝置又合成新的熱源,需用水或空氣對它進(jìn)行冷卻,減小它的輻射,還可以改變測量方向,躲過外來光的照射。 它適用于冶金,機(jī)械、硅酸鹽及化學(xué)工業(yè)部門中連續(xù)測量各種熔爐、高溫窖、鹽浴池等場合的溫度,以及用于其它不適宜裝置熱電偶的地方,配合適當(dāng)?shù)娘@示儀表,可以指示、記錄自動(dòng)調(diào)節(jié)被測溫度。
因?yàn)樵谏a(chǎn)現(xiàn)場的空氣中,存在著水蒸氣、二氧化碳、游面的浮渣、煙霧、油霧、粉塵、水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w介質(zhì)對輻射能的吸收具有選擇性的,對某些波長的輻射能有吸收能力,而對另一些波長的輻射能則易透過,浮渣、煙霧、油霧和粉塵等物質(zhì)對輻射能的吸收是無選擇性的,但伴有散射,減弱了入射到溫度計(jì)中的輻射能,導(dǎo)致測量誤差,可以用干凈的壓縮空氣來清掃光路將煙霧吹散,對鹽浴爐經(jīng)常脫氧撈渣,以保持鹽面呈正常光亮度。
輻射高溫計(jì)的測量誤差主要由以下幾點(diǎn)造成:
①中間媒質(zhì)(如大氣等)的選擇吸收作用,使達(dá)到接受器的輻射能量中紅外部分損失較多;
?、跊]有按規(guī)定的熱源到高溫計(jì)的距離進(jìn)行測量(通常每種輻射高溫計(jì)對于被觀測面面積的直徑與高溫計(jì)透鏡間的距離都規(guī)定了比值);
?、鄹鞣N高溫計(jì)中接受器的選擇吸收特性不同,致使光譜發(fā)射率偏離選取值;
④熱電堆冷熱端溫度的改變、儀表的誤差等等。