Pyrometri - Pyrometer
Pyrometri on eräänlainen Kaukokartoitustarkastusten lämpömittari käytetään mittaamaan lämpötilaa ja kaukaiset kohteet. Erilaisia pyrometrejä on ollut historiallisesti olemassa. Nykyaikaisessa käytössä se on laite, joka etäisyydeltä määrittää pinnan lämpötilan sen lähettämän lämpösäteilyn määrän perusteella , prosessi, joka tunnetaan nimellä pyrometria ja joskus radiometria .
Sana pyrometri tulee kreikan sanasta tulta, "πῦρ" ( pyr ) ja mittari , mikä tarkoittaa mittaamista. Sana pyrometri keksittiin alun perin tarkoittamaan laitetta, joka kykenee mittaamaan kohteen lämpötilan sen hehkuvuuden , näkyvän valon, jonka säteilee ainakin punaisen kuumuuden, ansiosta. Nykyaikaiset pyrometrit tai infrapunalämpömittarit mittaavat myös viileämpien esineiden lämpötilan huoneenlämpötilaan asti havaitsemalla niiden infrapunasäteilyn.
Periaate
Se perustuu periaatteeseen, että tarkkailijan vastaanottaman valon voimakkuus riippuu tarkkailijan etäisyydestä lähteestä ja etäisen lähteen lämpötilasta. Nykyaikaisessa pyrometrissä on optinen järjestelmä ja ilmaisin. Optinen järjestelmä kohdistaa lämpösäteilyn ilmaisimeen. Lähtösignaalin ilmaisimen (lämpötila T ) liittyy lämpösäteilyn tai säteilyvoimakkuus kohdeobjektin kautta Stefan-Boltzmannin lain , verrannollisuuskerroin σ, nimeltään Stefan-Boltzmannin vakio ja emissiviteetti ε esineen.
Tätä lähtöä käytetään päättelemään kohteen lämpötila etäisyydeltä, eikä pyrometrin tarvitse olla lämpökontaktissa kohteen kanssa; useimmat muut lämpömittarit (esim. lämpöparit ja vastuslämpötila -anturit (RTD)) asetetaan lämpökosketukseen esineen kanssa ja niiden annetaan saavuttaa lämpötasapaino .
Kaasujen pyrometria aiheuttaa vaikeuksia. Nämä ovat yleisimmin ratkaista käyttämällä ohutta hehkulamppuja pyrometry tai nokea pyrometry. Molemmat tekniikat sisältävät pieniä kiintoaineita, jotka ovat kosketuksissa kuumien kaasujen kanssa.
Historia
Keramiikka Josiah Wedgwood keksi ensimmäisen pyrometrin, joka mittaa uuniensa lämpötilaa, jossa verrattiin ensin tunnetuissa lämpötiloissa poltetun saven väriä, mutta lopulta se päivitettiin mittaamaan savupalojen kutistumista, joka riippui uunin lämpötilasta. Myöhemmissä esimerkeissä käytettiin metallitangon laajentamista.
Ensimmäisen katoavan filamentin pyrometrin rakensivat L. Holborn ja F. Kurlbaum vuonna 1901. Tässä laitteessa oli ohut sähköinen filamentti tarkkailijan silmän ja hehkulampun välissä. Filamentin läpi kulkevaa virtaa säädettiin, kunnes se oli samaa väriä (ja siten lämpötilaa) kuin kohde eikä enää näkynyt; se kalibroitiin, jotta lämpötila voitaisiin päätellä virrasta.
Katoavan hehkulangan pyrometrin ja muiden sen kaltaisten, kirkkauspyrometrien, palauttama lämpötila riippuu kohteen emissiokyvystä . Kun kirkkauspyrometrejä käytettiin enemmän, kävi ilmeiseksi, että emissiokyvyn arvon tuntemiseen oli olemassa ongelmia. Emissiivisyyden havaittiin muuttuvan, usein rajusti, pinnan karheuden, irtotavaran ja pinnan koostumuksen sekä jopa itse lämpötilan kanssa.
Näiden vaikeuksien kiertämiseksi kehitettiin suhde tai kaksivärinen pyrometri. He luottavat siihen, että Planckin laki , joka liittyy lämpötilaan yksittäisen aallonpituuden säteilyn voimakkuuteen, voidaan ratkaista lämpötilan suhteen, jos Planckin lausunto kahden eri aallonpituuden voimakkuuksista jaetaan. Tässä ratkaisussa oletetaan, että emissiokyky on sama molemmilla aallonpituuksilla ja poistuu jaosta. Tämä tunnetaan harmaan kehon oletuksena . Suhde -pyrometrit ovat olennaisesti kaksi kirkkauden pyrometriä yhdessä instrumentissa. Suhdepyrometrien toimintaperiaatteet kehitettiin 1920- ja 1930 -luvuilla, ja ne olivat kaupallisesti saatavilla vuonna 1939.
Kun suhde pyrometri tuli yleiseen käyttöön, todettiin, että monilla materiaaleilla, joista esimerkkinä metallit, ei ole samaa emissiivisyyttä kahdella aallonpituudella. Näiden materiaalien emissiokyky ei poistu ja lämpötilan mittaus on virheellinen. Virheen määrä riippuu emissioista ja aallonpituuksista, joilla mittaukset tehdään. Kaksiväriset pyrometrit eivät voi mitata, onko materiaalin emissiivisyys aallonpituudesta riippuvainen.
Monien aallonpituuksien pyrometrejä hahmoteltiin Yhdysvaltain kansallisessa standardointi- ja teknologiainstituutissa, ja ne kuvattiin vuonna 1992. Moniaallonpituiset pyrometrit käyttävät kolmea tai useampaa aallonpituutta ja tulosten matemaattista käsittelyä, jotta mitattaisiin tarkemmin todellisten kohteiden lämpötila, joiden emissio on tuntematon tai muuttuva. tarkka lämpötilan mittaus silloinkin, kun emissiivisyys on tuntematon, muuttuva ja erilainen kaikilla aallonpituuksilla.
Sovellukset
Pyrometrit soveltuvat erityisesti liikkuvien esineiden tai sellaisten pintojen mittaamiseen, joihin ei päästä tai joihin ei voi koskea. Nykyaikaiset monispektriset pyrometrit soveltuvat korkeiden lämpötilojen mittaamiseen kaasuturbiinimoottoreiden palokammioiden sisällä suurella tarkkuudella.
Lämpötila on perusparametri metallurgisissa uunitoiminnoissa . Luotettava ja jatkuva metallin lämpötilan mittaus on välttämätöntä toiminnan tehokkaan hallinnan kannalta. Sulatusnopeudet voidaan maksimoida, kuona voidaan tuottaa optimaalisessa lämpötilassa, polttoaineen kulutus minimoidaan ja tulenkestävä käyttöikä voi myös pidentyä. Termoparit olivat perinteisiä tähän tarkoitukseen käytettyjä laitteita, mutta ne eivät sovellu jatkuvaan mittaukseen, koska ne sulavat ja hajoavat.
Suolahauteessa uunit toimivat lämpötila jopa 1300 ° C: seen ja käytetään lämpökäsittelyä . Erittäin korkeissa käyttölämpötiloissa, joissa lämmönsiirto on voimakasta sulan suolan ja käsiteltävän teräksen välillä, tarkkuus säilyy mittaamalla sulan suolan lämpötila. Useimmat virheet johtuvat kuonasta pinnalla, joka on viileämpi kuin suolahaude.
Hormi pyrometri on optinen väline lämpötilan mittaus hormien , joita tavallisesti käytetään ilman syöttämiseksi tai reaktanttien kylpyyn uunin.
Höyryn kattila voidaan varustaa pyrometrillä mitata höyryn lämpötila tulistimen .
Kuumailmapallo on varustettu pyrometrillä lämpötilan mittaamiseksi yläosassa kirjekuoren estämiseksi ylikuumenemisen kankaan.
Kokeellisiin kaasuturbiinimoottoreihin voidaan asentaa pyrometrejä turbiinin siipien pintalämpötilan mittaamiseksi. Tällaiset pyrometrit voidaan yhdistää kierroslukumittariin pyrometrin ulostulon sitomiseksi yksittäisen turbiinin siiven kanssa . Ajoitus yhdistettynä säteittäiseen asentoanturiin mahdollistaa insinöörien määrittää lämpötilan tarkasti anturin ohi liikkuvien terien kohdista.