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比色高温计如何工作?

在许多应用情况中,标准的单色温度计无法读取正确的温度,这些情况包括:
1. 目标尺寸小(尺寸太小,无法填满整个视野)。
2. 灰尘、烟雾或蒸汽遮挡了视线。
3. 视窗变得脏污并且难以保持清洁。
4. 产品的辐射率发生变化(合金或表面状况发生变化)。

双色或比色高温计(Endurance系列)即使在这些问题存在的情况下也能正常工作并指示出正确的温度。

双色高温计和单色高温计有什么不同?双色高温计由两个单色高温计组成,使用两个探测器,在两种不同的波长下工作,但两个探测器探测同一个高温目标。

Implementation scheme for a ratio pyrometer using 2 detectors in a sandwich structure

通过并列结构使用两个探测器的比色高温计的方案

 

没有信号衰减

让我们首先考虑下面例子中的蓝色图表中的双色测温仪是看黑体的发射率值1.0和1500°C的黑体温度。
根据普朗克定律,两个探测器以发射率1.0的蓝色曲线提供如下能量单位:

检测器波长λ1将输出的λ1# 1 500个单位。

探测器在不同波长λ2 # 2将输出一个信号的1000个单位。

因为这是一个比例温度计,我们用1000除以500得到2。仪器校准的方式阅读1500°C时,看到一个比2。

比色温度计通过两个探测器探测温度为 1500°C 的黑体时的普朗克曲线

 

信号衰减

现在,如果高温目标发出的信号由于某种原因强度减弱或无法到达探测器会怎么样?这种情况可能是由以下原因造成的:视窗脏污,物体尺寸太小而难以填满锥形视野,视线中存在烟雾。棕色图显示了信号损失 90% 的情况,但目标温度仍然为1500°C。当辐射率从1.0 降至 0.1 时,情况依然如此。

探测器 #1 将输出 50 个单位的信号。

探测器 #2 将输出 100 个单位的信号。

与上面的曲线 (E=1.0) 相比,两个信号都损失了 90%。注意,100 除以 50 后,比率仍然是 2,即使已经损失了 90% 的信号,仪器仍会指示出1500°C 的读数。每个双色温度计对于信号的损失率都有一个限值。这称为信号衰减,最低为 0%,最高可达到信号的 95%,仪器在这种情况下依然可以读取精确的温度读数。

 

E-Slope

基本上,只要干扰因素对两个波长的影响程度相同,双色温度计就能正常工作。但遗憾的是,在一些应用中,例如在测量熔融金属时,物体的辐射率在两种波长下的值不相同。当使用双色温度计测量熔融金属的温度时,信号比(或斜率)将出现错误,温度读数也将出现错误。
如何对此进行纠正?所有双色温度计都有一个被称为 E-Slope 的调节功能。在对熔融金属进行测量时,使用 E-Slope 调节功能,直到仪器读取正确的金属温度。使用一次性热电偶也可以获得正确的温度值。这种 E-Slope 调节功能仅仅通过一个常数对比率进行校正,在目标的光谱辐射率不相同时,这个常数便可校正仪器的读数。一旦调节 E-Slope 后,仪器便可妥善解决烟雾、蒸汽、灰尘、目标尺寸小等问题。

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