金属表面温度测量技术
时间:2015-06-24 阅读:1758
金属表面的温度测量按与表面接触与否可分为接触法温度测量和非接触法温度测量。前者测温元件直接与被测金属表面相接触,后者测温元件不直接接触被测金属表面。
一、接触法温度测量
接触法温度测量有许多测量方法,目前,zui常用的方法是用热电偶与热电阻两种元件进行温度测量。
-200℃~100℃一般用热电阻进行测量,热电阻一般用Pt100薄膜铂电阻。薄膜铂电阻的热响应时间τ0.5zui小,当薄膜铂电阻装在保护管内时,它的热响应时间τ0.5一般也可以达到秒级;当薄膜铂电阻不装在保护管内直接紧密贴在金属表面时,中间用硅脂排除空气和加强传导作用,它的热响应时间τ0.5一般可以达到1s以内。要注意它的引脚很容易碰坏,因此建议引脚用和它直径相仿的导线引出,并且在旁边要有固定装置以防拉扯损坏薄膜铂电阻元件。铂电阻贴在金属表面,上面还需要压紧装置,在压紧装置和铂电阻之间还需要用云母片或者玻璃丝带隔热。引脚和焊点用热塑管塑住,尤为重要的是注意薄膜铂电阻元件不要和金属表面短路。
在工业生产中,应用zui广泛的是用热电偶直接接触金属表面进行温度测量。根据不同的使用温度范围可以选用不同分度号热电偶,E分度号热电偶用于温度较低(一般在600℃以下)的地方,K分度号热电偶用于1000℃以下,1000℃以上一般选用S分度号的热电偶。
E分度号和K分度号热电偶的偶丝直径选用Φ1mm和Φ1.2mm,S分度号热电偶的偶丝直径选用Φ0.5mm。两根偶丝之间用8mm×10mm的氧化铝双孔瓷珠进行绝缘隔离,整根热电偶长度必须在1m以上且热电偶的接线端必须远离热源。热电偶的测量端插入6mm×10mm的钢管中间,钢管的壁厚为1mm,然后将钢管敲扁压平,用力试拉热电偶不能够有窜动。
金属表面如果可以焊接,则将压扁的钢管平贴在金属表面,然后用小直径的电焊条在钢管头部点牢,再用榔头轻轻敲平。如果不允许焊接,则将压扁的钢管平贴在金属表面,用铁丝绑住。铁丝必须有一定的预紧力,以防加热后引起松动产生测量误差。
测量准确度zui高的是用热电偶碰焊机将热电偶直接碰到金属表面。具体方法是将热电偶的测量端的焊接点剪除,再在头部正负极分别留出(6~8)mm后折成90°的直角,用专门的热电偶碰焊机分别将正负极碰到金属表面上。对已加工的金属表面,在没有切削余量或者切削余量很小的情况下,在保证牢固的基础上碰焊机的电压要取小值。对未加工的金属表面或者没有要求、或者要求不高的金属表面,碰焊机的电压可以取大一点,以保证碰焊的牢度。
在测量端固定好以后,测量端用硅酸铝纤维覆盖和热电偶要从等温线引出,以防热电偶的散热破坏原来的温场,影响测温准确度。
目前,常用的方法还有用手持式表面温度计测量金属表面温度,但是由于其*的设计结构,有两个原因引起测量负误差:一是表面热电偶的测量端正面接触金属表面,但是反面接触的是瓷板或者是空气;二是热电偶的蓄热及散热破坏原来的温场。两个原因使测量到的数据都偏低,误差也随着工况的不同而不同,如果被测温的工件比较大,影响就不大明显,但是如果被测温的工件比较小,影响就比较明显。例如在Fluke3125表面温度检验器上检定200℃一点时,手持式表面温度计引起的误差就有-5℃之多,而检定400℃一点时,手持式表面温度计引起的误差就有-10℃。
二、非接触法温度测量
对某些温度很高的物体、热容量很小的物体、运动物体以及一些特殊情况下物体的表面温度,通常采用非接触法温度测量。这是因为非接触法测温中被测对象原则上不受传感器影响,两者可以距离较远,从而改善操作条件,并且信号可以远传及处理。
非接触法温度测量目前zui为普遍的是在不同的温度段选择不同的辐射温度计,各个生产厂家的型号和规格也很多。测温准确度有用相对误差(如被测值的±0.5%)表示的,也有用误差(如±5℃)表示的。
要说明的一点是,上面的准确度等级大多数是在黑体炉上进行分度的,而被测对象则多数为非黑体,因此,其实际测量中的示值受到表面发射率的影响,而此表面发射率又是根据被测对象的材料、表面状况及环境随机变化的,这就导致辐射温度计的测温准确度不高。对于没有表面发射率ε修正的辐射温度计,则其误差可以达到上百摄氏度之多。
为此,需对经常测量温度的金属分门别类,对同一种金属按工件加工前后其表面粗糙度不一致再细分。在其需要测量温度的地方,放置经过检定后的S分度号热电偶,测量常用的几个工艺温度点,再和辐射温度计进行比对来修正表面发射率ε。
三、结束语
接触法温度测量zui主要的特点是测温准确度高、连续测温及控温比较方便,而非接触法温度测量的特点是测温zui方便,并且经过表面发射率ε修正后也可以达到较高的准确度。