Каталог продукции
Директор ФРУНЗЕ
Александр Вилленович
Доктор технических наук

Определение коэффициента излучения

Как определяется коэффициет излучения, который нужно вводить в пирометр

 

Как известно, главным недостатком энергетических пирометров является необходимость вводить в них перед измерением коэффициент излучения, характеризующий измеряемый объект.Определение коэффициента излучения, который обеспечит минимальную погрешность измерения данным энергетическим пирометром данного объекта, превратилось едва ли не в самую сложную задачу энергетической пирометрии.

Использование литературных данных

Большое количество таблиц со значениями коэффициентов излучения можно найти в справочной литературе и в интернете. Однако их использование таит в себе серьезную опасность. Дело в том, что в большинстве случаев в этих таблицах отсутствует информация, в каком спектральном диапазоне были получены эти результаты. Не зная этого, пользователь может совершить ошибку, и ввести в свой пирометр коэффициент, верный для пирометра с иным спектральным диапазоном, но ошибочным для его пирометра. Ниже, на стр. 16, 17 показано, что коэффициент излучения для одного и того же материала (низколегированной стали), может различаться для пирометров с различным диапазоном спектральной чувствительности до трех раз! В то же время статьях на сайте www.pyrometer.ru показано, что 30%-я погрешность ввода коэффициента коррекции приводит к появлению дополнительной систематической погрешности измерений температуры от 2…3% до 25…35%, в зависимости от спектрального диапазона пирометра.

Еще одним источником информации о значениях коэффициентов излучения являются данные о рекомендуемых коэффициентах излучения, обычно имеющиеся в руководствах по эксплуатации пирометров. Однако и в этом случае пользователь не может быть до конца уверен в том, что эти данные действительно являются результатом исследования этого пирометра фирмой-изготовителем, а не переписаны из тех же литературных данных. К тому же в таблицах в руководствах по эксплуатации часто отсутствует информация о том, что излучательная способность (а с ней и ввыдимый в пирометр коэффициент излучения) зависят от температуры, отсутствует информация о величине и знаке зависимости . И то, и другое резко снижает ценность этой информации.

Экспериментальное определение

Как видим, использование справочных данных по коэффициентам излучения не всегда может дать пользователю правильное значение коэффициента излучения, обеспечивающее точное измерение температуры требуемого объекта именно его пирометром. Поэтому задачу нахождения этого правильного значения коэффициента излучения пользователю часто приходится решать самостоятельно. Лучше всего это сделать следующим образом. В небольшой (≈10х10 см2) относительно тонкий (5…8 мм) объект из того материала, температуру которого предстоит затем измерять, нужно зачеканить термопару. Далее потоком тепла снизу объект нужно нагреть до значения нижней из измеряемых температур и дать температуре застабилизироваться. Затем навести пирометр на объект сверху, и, изменяя значение коэффициента излучения, подобрать то, при котором расхождение между результатом измерения поверхности объекта пирометром и результатом измерения с помощью термопары будет минимальным. Полученное значение запомнить как значение коэффициента излучения для нижней из измеряемых температур.

Повторить измерения для более высоких температур, например, с шагом через 100ºС. По полученным результатам построить зависимость коэффициента излучения выбранного материала при измерении выбранным пирометром для диапазона температур, в котором были проведены измерения. В дальнейшем при измерениях использовать полученные значения коэффициента излучения.

Однако для многих пользователей такой экспериментальный метод определения коэффициента излучения оказывается труднореализуемым в силу отсутствия на предприятии термопар, навыка их зачеканивания и вторичных регистрирующих приборов. В таких случаях можно предложить иной способ определения коэффициента излучения. Отличие его от предыдущего состоит в том, что температура пластины, о которой шла речь выше, может быть найдена с помощью того самого пирометра, для которого необходимо подобрать коэффициент излучения измеряемого объекта (пластины).

Известно, что излучательная способность красок лежит в пределах 0,93…0,96. Поэтому, если измеряемый объект характеризуется относительно невысокой температурой (до 200ºС), то часть его поверхности, бóльшую, чем диаметр пятна поля зрения на выбранном расстоянии (см. 4.10) нужно покрасить черной краской, устойчивой к температуре до 200…300ºС (такие краски сейчас есть, они предназначены для окраски нагревающихся поверхностей – стенок печей, топок и т.д.). Нагрев такой объект до рабочей температуры, надо установить коэффициент излучения, равный 0,95, навести пирометр на закрашенную часть поверхности и произвести измерение ее температуры пирометром. Далее, переведя пирометр на незакрашенную область поверхности объекта, измерять ее, изменяя (уменьшая) значение коэффициента излучения. Изменение коэффициента излучения проводить до тех пор, пока результат измерения незакрашенной поверхности с подобранным значением коэффициента излучения не станет равным результату измерения закрашенной поверхности с введенным в пирометр коэффициентом излучения 0,95. Полученное значение коэффициента излучения в дальнейшем использовать при измерении таким пирометром такого же объекта в упомянутом температурном диапазоне (памятуя о том, что при других температурах значение коэффициента излучения может быть иным, см. стр. 16, 17).

Фактически в рассматриваемом методе на поверхности измеряемого объекта сформирована модель абсолютно черного тела, что позволило относительно точно измерить температуру объекта при помощи пирометра.

При более высоких температурах (примерно до 600 ºС) вместо краски для создания на поверхности объекта модели черного тела с известным (и близким к 1) коэффициентом излучения пятно можно сформировать, путем осаждения на поверхность сажи, копоти (закоптить поверхность). Диаметр области, покрытой копотью, как и в предыдущем случае должен быть больше диаметра пятна поля зрения пирометра на выбранном расстоянии между объектом и пирометром. Последовательность действий – та же, вначале измерить пирометром температуру объекта, введя в него коэффициент излучения, равный 0,95. И далее, измеряя пирометром не закопченную поверхность, подбирать значение коэффициента излучения до того момента, когда результаты измерений станут равными или максимально близкими друг к другу.

Подбор гораздо легче осуществляется, когда значение коэффициента излучения вводится в пирометр вращением движка переменного резистора (именно так сделано в пирометрах “Диэлтест” и “Термоконт”). Если коэффициент излучения в пирометр необходимо вводить, нажимая на те или иные кнопки, то подбирать значение коэффициента излучения заметно сложнее, и процедура подбора занимает гораздо больше времени.

При более высоких температурах сажа выгорает. Поэтому можно рекомендовать следующий способ формирования на поверхности измеряемого объекта модели черного тела. Известно, что цилиндрическая полость, глубина которой в 4-5 раз превышает диаметр, является хорошей моделью “черного тела”. То есть, нужно в материале пластины (она в данном методе должна быть в несколько раз толще, чем в рассмотренном ранее случае) просверлить отверстие, диаметр которого больше пятна поля зрения пирометра, а глубина – в четыре-пять раз больше диаметра. Далее процедура та же – вначале пирометром измерить температуру объекта, введя в него значение коэффициента излучения, равное 0,98, и измеряя температуру в высверленной полости. Далее навести пирометр на другую часть поверхности, где полость отсутствует, и, измеряя ее, подобрать такой коэффициент излучения, при котором результат будет равен результату измерения температуры полости с коэффициентом излучения 0,98.

Описанный метод легко реализуется для пирометров с большим значением показателя визирования (более 150:1), поскольку диаметр пятна поля зрения таких пирометров довольно мал (10 мм и менее), и требуемая глубина полости – менее 40 мм. Обычно такими значениями показателя визирования характеризуются высокотемпературные пирометры с приемниками на Si- и InGaAs-фотодиодах, таких как Термоконт-ТВ3, Термоконт-ТВ5, Термоконт-ТЦ3, Термоконт-ТЦ5, Темроконт-ТА3.

 

Код счетчика Я.Метрики