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按3·1节要求,系统的工作波长越短,则测量的上限温度就越高;而按3·2节要求,系统的工作波长越长,则测量较低的高温时其温度分辨率就越高,因此二者之间必然有一个折衷。一般情况下,进入光路中的粉尘、水蒸汽以及其它一些选择性吸收气体如二氧化碳等,都会成为外界干扰而影响到仪器的测温精度。图5给出了在0·6~3·0μm内海平面300 m长度的路径上大气的透射光谱曲线[11]。结合图5,考虑到前面得出的结论和PIN硅光电二极管的小可探测光功率及后面关于测温精度的分析与讨论,本文取系统的工作波长λ1=0·8μm。
顺便提及,λ1=0·8μm既符合本仪器的测温下限T=600 K处的PIN硅光电二极管的小可探测光功率要求,又满足采用16位A/D转换器件时的二次仪表测温灵敏度的要求。进一步的研究还表明,它还能使发射率的测量精度达到优。
3·4 基于系统抗反射辐射能力的考虑与波长带宽的优化选择
探测器接收到的来自待测目标方向的红外辐射,由待测表面自身的辐射和待测表面对周围环境辐射的反射这两部分组成。为讨论上的方便,将待测表面的温度记为T0。其辐射出射度可写成
使用前面给出的参数值,利用式(1)及式(21),在T0=900 K、Ts=800 K的情况下作出的测温不确定度随波长带宽的变化曲线,如图6所示。
由图6显见,当Δλ≤20 nm时,Ts=800 K的背景辐射对测温精度几乎不产生什么影响(由背景辐射带来的测温不确定度仅为0·01%)。但当Δλ>20nm时,影响渐增。研究还表明,在更高温度的背景辐射下,产生可观测影响的波长带宽的起点值变小,且随着波长带宽的增加,这种影响变得更明显。结合本节的分析结果和探测器件的小可探测光功率要求,本文选择Δλ=20 nm作为系统的波长带宽。
3·5 测量精度
ελ的标准差极大地影响系统的测温标准差。由误差传递公式[10],容易导出ελ的标准差
显见,波长越短,系统的测温标准差就越小,这是本仪器采用近红外波长作为工作波长的重要原因之一。使用3·2节中给出的技术参数,以45#钢作为测量对象,并取γ1=0·75、β=0·60。在测量距离约1 m的情况下,所得P1、P2的相对测量不确定度的典型值为|ΔP1/P1|≈|ΔP2/P2|≈0·5%。由式(19)、式(20)容易算出σελ≈1·7×10-2;对900 K的待测表面而言,计算可得σT≈1·19 K;σTT≈1·32%,这是比较的。
4 结 论
本文在研究探头的温度分辨率和仪器的相对温度灵敏度的基础上,结合光路中选择性吸收气体吸收影响的抑制以及考虑探测器的小可探测光功率,研究了仪器工作波长与波长带宽的选取。得出实际测温系统的波长及波长带宽分别为λ1=0·8μm、Δλ=20 nm时,系统的测温精度优于0·3%,其测温灵敏度也满足实际需要,实验结果见表1。
直流号隔离器 [1] 首先将变送器或仪表的号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原号，同时对隔离后号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的号、电源、地之间独立。
中文名 直流号隔离器 外文名 Dc signal isolator 类 别 隔离器 功 能 号、电源、地之间独立 中介设备 光感或磁感器 领 域 工程技术 学 科 电力工程
适宜在还原性或中性介质中使用，其热电势比较大，灵敏度高，线性度非常好，价格便宜，缺点是测温上限不高。
在进行热电偶的选型时，除要注意上述热电偶的使用环境、测量范围、测量精度、灵敏度和响应速度之外，还要注意热电偶保护套管的结构、材料、耐压强度及保护套管的插入深度等。对于精度要求较高，响应速度和灵敏度要求较高的工艺测量点，必须选用较贵重的S型热电偶;对于温度较高，响应速度和灵敏度要求不很高的工艺测量点，选用B型热电偶：一般的工艺参数测量，我们选用经济实用的K型或E型热电偶。例如：我公司窑尾烟室和分解炉的温度测量，我们多选用S型或K型热电偶。因为这两处为动态温度场，其温度随喷煤量的变化而变化，要准确、快速地检测此两处的温度，则热电偶必须有较高的灵敏度和热响应速度。我公司窑头和三次风管(入窑尾烟室处)的温度测量多选用B型热电偶;而一、二、三级预热器出口处的温度测量多选用K型热电偶;旋风分离器出口、烘干破碎机出口、窑尾电除尘器出入口的温度测量多选用E型热电偶。
2. 热电偶的冷端温度补偿
在生产实际中，由于热电偶的工作端(测量端)与冷端(参比端)离得很近，而且冷端又暴露在工作环境之中，因而容易受到周围工作环境温度波动的影响，所以冷端温度难以保持恒定，造成测量不准。实际应用是用专用补偿导线，将热电偶的冷端延伸至温度较低和比较稳定的地方。
在使用补偿导线时，要注意两个问题。其一，补偿导线的型号要与热电偶的型号相配。其二，热电偶与补偿导线连接端所处的温度不超过100℃，否则补偿导线所产生的金属导体的温差电势不能忽略。
3. 热电偶的安装
(1)热电偶的安装应尽可能保持垂直，以防止保护套管在高温下产生变形，但在有流速的情况下，则必须迎着被测介质的流向插入，以保证测温元件与流体的充分接触。
(2)热电偶应安装在有保护层的管道内，以防止热量散失。
(3)热电偶安装在负压管道中时，必须保证测量处的密封性，以防止外界冷空气进入，使读数偏低。
(4)热电偶的接线盒面盖应向上，入线口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，影响测量精度。
介绍了一种实用化实时测温系统。该系统采用了PIN硅光电二极管作光接收器件,由光学接收系统、号放大与处理系统及显示系统三部分组成。从系统的相对测温灵敏度及探测器的温度分辨率与波长间的关系出发,结合大气对红外辐射的透射特性,确定了系统的工作波长;从系统的抗反射辐射能力出发,并结合探测器的小可探测光功率要求,确定了系统的波长带宽。从辐射能P1、P2的测量不确定度出发,讨论了待测目标的发射率及温度的测量精度。结果表明,当λ=0·80μm、Δλ=20 nm时,在测温范围600~2 500℃内,系统的测温不确定度
1 引 言
辐射测温法分为主动式辐射测温法和被动式辐射测温法两类[1,2]。在主动式辐射测温法中,由于使用了激光源或红外源作为辅助测量光源[3~5],因而都能实时测出待测目标的温度,且都具有较高的精度。被动式辐射测温法又可分为单波长、双波长及多波长辐射测温法三种[6,7]。由于目前的单波长或双波长辐射测温法不能测出待测目标的发射率,因而往往都有较大的测温误差。本文所述的测温仪器采用了PIN硅光电二极管作光电转换器件。由于使用了反射镜与之配合,因而可以“被动地”同时实现发射率及温度的测量,且具有较高的测量精度。
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