Теплотехнические измерения и приборы

Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С.

МЭИ, 2005 г.

 Измерение температуры расплавов

Сложность измерениятемпературырасплавов определяется в основном активной коррозией защитного чехла термопреобразователя. Методические погрешности при измерениитемпературырасплавов практически можно не принимать во внимание, так как теплоотдача от расплава к чехлу термопреобразователя, как правило, очень хорошая. Исключение составляют синтетические материалы большой вязкости (пластмассы, синтетика, синтетический каучук и др.), в которых коэффициенттеплоотдачи невелик. Конструкция термопреобразователя в этом случае должна обеспечить его необво-лакиваемость материалом и минимальную погрешность из-за теплоотвода через чехол.

При измерениирасплавов солей защитные чехлы через несколько десятков часов выходят из строя из-за агрессивного действия расплава. Поэтому часто делают легко сменяемый чехол из некачественной дешевой стали, например термопреобразователь с толстостенным защитным чехлом из обычной дешевой стали, который одновременно является одним из электродов термоэлектрического преобразователя.

Для измерениярасплавов стекла могут применяться защитные чехлы из углеродныхблоков или из благородных металлов. Графитовые (углеродные) защитные чехлы применяются для измерениятемпературы в ванных печах. Внутри графитового чехла должен быть расположен газоплотный внутренний чехол для защиты термопары из благородных металлов от воздействия восстановительной атмосферы углерода. Термопреобразователи такой конструкции имеют большую тепловую инерцию.

Измерение температурырасплавовцветных и легких металлов также вызывает большие трудности из-за сильной коррозии металлических защитных чехлов. Кварцевые чехлы не пригодны, так как соединяясь, например с оксидом алюминия, кварц превращается в низкоплавкое стекло. Жидкие медные сплавы отбирают у кварца кислород, разрушая его структуру. Для некоторых расплавовцветныхметаллов применяются чехлы из хромистого чугуна.

Широкое распространение для эпизодического измерениятемпературы жидкой стали и расплавовцветныхметаллов получили термоэлектрические преобразователи кратковременного погружения со сменными измерительными блоками. Последние содержат тонкую термопару, подключаемую к основной части термопреобразователя с помощью пружинных контактных колец. Термопара помещена в кварцевую трубку, защищенную от механических повреждений тонкостенным защитным колпачком. Сменный блок вставляется в защитный чехол из многослойной бумаги. При температуре 1600... 1700 °С такой термометр может находиться 10... 15 с в жидкой стали. При этом часть бумажного чехла обгорает, расплавляется защитный колпачок, но интервал времени 10 с достаточен для надежного и точного измерения температуры. После измерения сменный блок вместе с бумажным защитным чехлом снимают с основного преобразователя и заменяют новым. Для измерения применяются термопары платина-родий-платинородиевые (тип В) и вольфрам-рений-вольфрамрениевые (BP5/20).

Измерение температуры тел по их тепловому излучению

Все рассмотренные средстваизмерениятемпературы (термометры расширения, термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления) предусматривают непосредственный контакт между чувствительным элементом термометра или термопреобразователя и измеряемой средой. Поэтому такие методы называются контактными.

Верхний предел применения контактных методов ограничивается значениями до 2200 °С. Однако в ряде случаев в промышленности и при исследованиях возникает необходимость измерять более высокие температуры. Кроме того, часто недопустим непосредственный контакт термометра с измеряемой средой. В этих случаях применяются бесконтактные средстваизмерения температуры, которые измеряют температуру тела или среды по тепловому излучению. Такие средстваизмерения называются пирометрами. Серийно выпускаемые пирометры применяются для измерениятемператур до 4000 °С.

Бесконтактные методыизмерения теоретически не имеют верхнего пределаизмерения и возможности их использования определяются соответствием спектров излучения измеряемых тел или сред и спектральных характеристик пирометров. Если для каких-либо условий могут быть использованы и контактные и бесконтактные методы измерения, то, как правило, предпочтение следует отдать контактным, так как они позволяют обеспечить более высокую точность измерения.