一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺以及測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺以及測定方法，利用校準后的精密紅外測溫儀測定若干個溫度點溫度場中氣體對激光的吸收強度，從而測定氣體對激光的吸收強度和溫度之間的關(guān)系，把氣體對激光的吸收強度與溫度的關(guān)系曲線作為超高溫溫度標(biāo)準。根據(jù)該曲線設(shè)定相應(yīng)程序，即可通過氣體對激光的吸收強度來確定溫度的高低，也可以準確檢定其他超高溫測量的標(biāo)準設(shè)備。
【專利說明】一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺以及測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺以及測定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在航空航天、鋼鐵冶金、耐火材料、復(fù)合陶瓷、高速氣缸燃燒化工石油等領(lǐng)域，溫度檢測對于工藝優(yōu)化、安全生產(chǎn)、材料性能提高等方面具有重要意義。
[0003]溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一，溫度是影響材料性能、材料成分、生產(chǎn)工藝的重要參數(shù)，直接影響氣體成分、壓力的變化，準確的測定環(huán)境溫度，反應(yīng)溫度，尾氣溫度，可以有效的分析和確定反應(yīng)狀態(tài)，在現(xiàn)代測試技術(shù)中，溫度測量和應(yīng)用的頻率遠高于其他技術(shù)參數(shù)。
[0004]為了準確測定溫度信息，必須根據(jù)測量對象的不同要求，選擇合適的測量方法。溫度的測量方法有許多，按測溫原理及所用的感溫元器件的不同可分為:膨脹式、電阻式、熱電式和輻射式以及比較特殊的半導(dǎo)體溫度傳感器、光纖溫度傳感器等。按測溫元件是否與被測物體接觸，可分為接觸式和非接觸式。不同的測量對象有其不同的溫度測量方法，有固體表面測量的表面溫度計，有運動物體表面溫度的測量方法，也有氣體和液體溫度測量方法。
[0005]為了確保溫度量值的統(tǒng)一和準確，應(yīng)該建立一個用來衡量溫度的標(biāo)準尺度，簡稱為溫標(biāo)。國際溫標(biāo)通常具備:一、盡可能接近熱力學(xué)溫度。二、復(fù)現(xiàn)精度高，各國均能以很高的準確度復(fù)現(xiàn)同樣的溫標(biāo)，確保溫度量值的統(tǒng)一。三、用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準溫度計使用方便、性能穩(wěn)定。
[0006]1996年，CCT (國際溫度咨詢委員會)意識到國際溫標(biāo)對于高溫固定點的需要，接受CCT和CCPR(國際光學(xué)及輻射咨詢委員會)的聯(lián)合建議，鼓勵國家計量院開展2300K以上、重復(fù)性在10mK的高溫固定點的研究。目的一方面為了改進溫標(biāo)，減小高溫溫標(biāo)的不確定度；另一方面是需要高溫固定點來比對國際溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的一致性。目前，一些金屬的碳共晶與碳包晶 Co-C (名義溫度 1324°C)、Pt-C (1738°C )>Re-C (2474°C )和 WC-C (2750°C)等由于溫區(qū)劃分合理，相變特性優(yōu)異且已有初步的研究基礎(chǔ)，為CCT-WG5 (國際溫度咨詢委員會輻射測溫工作組)所推薦作為溫標(biāo)新的參考點而被各國家溫度計量實驗室廣泛關(guān)注。
[0007]ITS-90標(biāo)準儀器要有鉬電阻溫度計，測量范圍為:13.8033k?961.78°C，中國的國家標(biāo)準中，把雙鉬銠熱電偶作為標(biāo)準溫度計，測溫范圍為:1600°C，工業(yè)雙鉬銠熱電偶可以測量到1730°C，到目前為止，國際上1800°C以上溫度的準確測量仍存在許多困難。接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進行充分的熱交換，并需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量，最重要是熱電偶的很容易損壞、壽命短、可靠性差。采用非接觸式測溫儀表如紅外測量技術(shù)，是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，紅外線測溫儀測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，紅外線測溫儀也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。
[0008]國外發(fā)達國家對氣體溫度測量技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較早，其中，美國、德國、日本、英國、俄羅斯、意大利、瑞典等國在氣體溫度測量方面，做了大量的研究工作，并且取得了重大突破。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在氣體溫度測量方面的技術(shù)水平有了很大的提高，但與國際水平相比，仍存在差距。國內(nèi)外在氣體溫度測量方面嘗試過多種方法。最初采用熱電偶，由于是接觸式測量，熱電偶特別容易損壞，且壽命短，可靠性差。在上世紀50年代，紅外技術(shù)開始進入廣泛應(yīng)用的階段，目前國內(nèi)外，非接觸紅外測量技術(shù)的發(fā)展極為迅速，已經(jīng)非常成熟。但該技術(shù)始終擺脫不了測量精度的影響，標(biāo)定起來也較為復(fù)雜。后來發(fā)展起來的CCD成像技術(shù)具有自掃描特性，以噪聲低、靈敏度高、動態(tài)范圍大、功耗低、體積小、重量輕和壽命長等優(yōu)點，在鍋爐、內(nèi)燃機等高溫溫度場的測量和診斷中應(yīng)用較為廣泛。聲學(xué)測溫能適用于多塵、高溫、低溫等惡劣的環(huán)境下，并且能夠測得比較準確的溫度數(shù)據(jù)，易于對溫度場進行在線實時監(jiān)測控制。但事實證明熱電偶、紅外輻射、CXD圖像和聲學(xué)測溫等氣體溫度測量技術(shù)，受氣體環(huán)境的影響較大，不能滿足特殊場合的溫度測量，達不到被測對象的測量要求。
[0009]氣體對光的吸收可以用Beer—Lambert定律來解釋,頻率為v的單頻激光束通過長度為L、壓力為P、溫度為T和濃度為X的被測氣體，被測氣體對激光的吸收滿足Beer—Lambert 關(guān)系[I]，即

【權(quán)利要求】
1.一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺，其特征在于:包括加熱爐、高溫固定點、測溫儀、激光發(fā)射器和激光接收器，所述加熱爐的爐管為水平放置，爐管的管口兩端設(shè)置有耐火材料，爐管的中心設(shè)置有可視孔，該可視孔可用于通過測溫儀檢測爐膛內(nèi)的溫度，加熱爐還設(shè)有進氣管和出氣管，且進氣管的一端設(shè)置有氣體流量計。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺，其特征在于:所述加熱爐的加熱方式是通過高強度石墨發(fā)熱體加熱或者感應(yīng)加熱。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺，其特征在于:所述激光發(fā)射器為調(diào)諧半導(dǎo)體二極管激光器，發(fā)出的激光的波長范圍為0.19-1.2 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定平臺，其特征在于:所述的高溫固定點為Pt-C高溫固定點、Re-C高溫固定點或者WC-C高溫固定點。
5.一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、在爐膛的恒溫區(qū)中心部位放入高溫固定點，然后通入標(biāo)準氣體，經(jīng)三次循環(huán)抽真空后，開啟聞溫爐； (2)、在恒壓條件下，通過爐體的可視孔利用測溫儀測量固定點的溫度，得到爐內(nèi)的實際溫度與測溫儀測量得到的溫度的差異，以校準測溫儀； (3)、在爐膛的兩個對應(yīng)端分別布置激光發(fā)射器和激光接收器，選定標(biāo)準氣體、爐內(nèi)壓強以及激光波長，通過爐膛的進氣口將爐膛內(nèi)注入標(biāo)準氣體，利用步驟(2)校準后的測溫儀通過爐體的可視孔測量爐內(nèi)溫度，收集爐內(nèi)不同溫度時標(biāo)準氣體對激光的吸收強度數(shù)據(jù)，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)得到升溫過程中標(biāo)準氣體對激光的吸收強度與爐內(nèi)溫度的關(guān)系曲線； (4)、更換標(biāo)準氣體的種類、爐內(nèi)壓強以及激光波長，收集不同種類的標(biāo)準氣體、爐內(nèi)壓強以及激光波長條件下，爐內(nèi)不同溫度時標(biāo)準氣體對激光的吸收強度數(shù)據(jù)，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)得到不同條件下，升溫過程中標(biāo)準氣體對激光的吸收強度與爐內(nèi)溫度的關(guān)系曲線，最終得到得到升溫過程中標(biāo)準氣體對激光的吸收強度與爐內(nèi)溫度關(guān)系的數(shù)據(jù)庫； (5)、根據(jù)待測爐膛，選定標(biāo)準氣體、爐內(nèi)壓強以及激光波長，通過激光發(fā)射器和激光接收器得到該標(biāo)準氣體對激光的吸收強度，利用步驟(4)中得到的數(shù)據(jù)庫，計算出該條件下，所測量得到的吸收強度對應(yīng)的爐內(nèi)溫度，即完成了爐膛內(nèi)的溫度的測定。
6.如權(quán)利要求5所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定方法，其特征在于:所述的標(biāo)準氣體為還原性氣體或惰性氣體的一種或任意混合氣體。
7.如權(quán)利要求5所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定方法，其特征在于:所述的標(biāo)準氣體為一氧化碳、二氧化碳、氫氣或氬氣中的一種或任意混合氣體。
8.如權(quán)利要求5所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定方法，其特征在于:所述的測溫儀為高精度光學(xué)計量高溫計、雙色紅外測溫儀或多波段紅外測溫儀。
9.如權(quán)利要求5所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定方法，其特征在于:所述激光發(fā)射器為調(diào)諧半導(dǎo)體二極管激光器，發(fā)出的激光的波長范圍為0.19-1.2 μ m。
10.如權(quán)利要求5所述的一種超高溫爐膛標(biāo)準溫度的測定方法，其特征在于:所述的高溫固定點為Pt-C高溫固定點、Re-C高溫固定點或者WC-C高溫固定點。
【文檔編號】G06F17/30GK104180927SQ201410431794
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】周森安, 闞瑞峰, 楊程光, 鄭傳濤, 王可, 郭進武 申請人:洛陽市西格馬爐業(yè)有限公司