一种超高温炉膛标准温度的测定平台以及测定方法技术

本发明专利技术涉一种超高温炉膛标准温度的测定平台以及测定方法，利用校准后的精密红外测温仪测定若干个温度点温度场中气体对激光的吸收强度，从而测定气体对激光的吸收强度和温度之间的关系，把气体对激光的吸收强度与温度的关系曲线作为超高温温度标准。根据该曲线设定相应程序，即可通过气体对激光的吸收强度来确定温度的高低，也可以准确检定其他超高温测量的标准设备。

【技术实现步骤摘要】
一种超高温炉膛标准温度的测定平台以及测定方法
本专利技术涉及温度测量
，具体涉及一种超高温炉膛标准温度的测定平台以及测定方法。
技术介绍
在航空航天、钢铁冶金、耐火材料、复合陶瓷、高速气缸燃烧化工石油等领域，温度检测对于工艺优化、安全生产、材料性能提高等方面具有重要意义。温度是确定物质状态的重要参数之一，温度是影响材料性能、材料成分、生产工艺的重要参数，直接影响气体成分、压力的变化，准确的测定环境温度，反应温度，尾气温度，可以有效的分析和确定反应状态，在现代测试技术中，温度测量和应用的频率远高于其他技术参数。为了准确测定温度信息，必须根据测量对象的不同要求，选择合适的测量方法。温度的测量方法有许多，按测温原理及所用的感温元器件的不同可分为：膨胀式、电阻式、热电式和辐射式以及比较特殊的半导体温度传感器、光纤温度传感器等。按测温元件是否与被测物体接触，可分为接触式和非接触式。不同的测量对象有其不同的温度测量方法，有固体表面测量的表面温度计，有运动物体表面温度的测量方法，也有气体和液体温度测量方法。为了确保温度量值的统一和准确，应该建立一个用来衡量温度的标准尺度，简称为温标。国际温标通常具备：一、尽可能接近热力学温度。二、复现精度高，各国均能以很高的准确度复现同样的温标，确保温度量值的统一。三、用于复现温标的标准温度计使用方便、性能稳定。1996年，CCT（国际温度咨询委员会）意识到国际温标对于高温固定点的需要，接受CCT和CCPR（国际光学及辐射咨询委员会）的联合建议，鼓励国家计量院开展2300K以上、重复性在100mK的高温固定点的研究。目的一方面为了改进温标，减小高温温标的不确定度；另一方面是需要高温固定点来比对国际温标和热力学温标的一致性。目前，一些金属的碳共晶与碳包晶Co-C（名义温度1324℃）、Pt-C（1738℃）、Re-C（2474℃）和WC-C（2750℃）等由于温区划分合理，相变特性优异且已有初步的研究基础，为CCT-WG5（国际温度咨询委员会辐射测温工作组）所推荐作为温标新的参考点而被各国家温度计量实验室广泛关注。ITS-90标准仪器要有铂电阻温度计，测量范围为：13.8033k～961.78℃，中国的国家标准中，把双铂铑热电偶作为标准温度计，测温范围为：1600℃，工业双铂铑热电偶可以测量到1730℃，到目前为止，国际上1800℃以上温度的准确测量仍存在许多困难。接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，并需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量，最重要是热电偶的很容易损坏、寿命短、可靠性差。采用非接触式测温仪表如红外测量技术，是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，红外线测温仪测温范围广，不受测温上限的限制，红外线测温仪也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。国外发达国家对气体温度测量技术的研究和应用起步较早，其中，美国、德国、日本、英国、俄罗斯、意大利、瑞典等国在气体温度测量方面，做了大量的研究工作，并且取得了重大突破。经过多年的发展，我国在气体温度测量方面的技术水平有了很大的提高，但与国际水平相比，仍存在差距。国内外在气体温度测量方面尝试过多种方法。最初采用热电偶，由于是接触式测量，热电偶特别容易损坏，且寿命短，可靠性差。在上世纪50年代，红外技术开始进入广泛应用的阶段，目前国内外，非接触红外测量技术的发展极为迅速，已经非常成熟。但该技术始终摆脱不了测量精度的影响，标定起来也较为复杂。后来发展起来的CCD成像技术具有自扫描特性，以噪声低、灵敏度高、动态范围大、功耗低、体积小、重量轻和寿命长等优点，在锅炉、内燃机等高温温度场的测量和诊断中应用较为广泛。声学测温能适用于多尘、高温、低温等恶劣的环境下，并且能够测得比较准确的温度数据，易于对温度场进行在线实时监测控制。但事实证明热电偶、红外辐射、CCD图像和声学测温等气体温度测量技术，受气体环境的影响较大，不能满足特殊场合的温度测量，达不到被测对象的测量要求。气体对光的吸收可以用Beer—Lambert定律来解释，频率为ν的单频激光束通过长度为L、压力为P、温度为T和浓度为X的被测气体，被测气体对激光的吸收满足Beer—Lambert关系[1]，即（1）其中：I0和I分别是入射激光和透射激光强度；线型函数Ф决定了被测气体吸收谱线的形状；该谱线的线强S(T)是T的函数，可表示为（2）其中：S(T0)为参考温度T0下被测吸收谱线的线强；Q(T0)和Q(T)分别为被测气体在T0和T下的配分函数；h为普朗克常数；c为光速；是为玻尔兹曼常数；E’’为吸收谱线跃迁对应的低能级能量。分子配分函数Q(T)是与温度相关的多项式函数，具体关系通过公式(3)给出：（3）其中，多项式各系数a,b,c,d的值可在HITEMP数据库中获得。依据以上基本原理，我们可知在一定的温度和压力条件下，特定的激光通过炉膛高温区时，标准气体对激光的吸收强度是一定的，因此，不同的温度与标准气体对激光的吸收强度具有线性关系，通过多次重复试验，就可以得到标准气体对激光的吸收强度与温度的标准线性关系，从而，可以通过标准气体对激光的吸收强度与温度的标准线性关系来标定炉膛的温度，这种测量方法只与炉膛的温度和气体的性质有关，与炉膛实用的材料无关，因为炉膛的材料在高温下是要发生不断变化的。因此，这种测温原理与光学计量高温计相比，准确性更强。我们把以上述理论作为基础，提出了利用激光技术测定超高温气体温度标准检定平台和检定方法，可以解决超高温气体温度的测量标准检定设备的空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种超高温炉膛标准温度的测定平台以及测定方法，检测精度高，复现性好，测量范围宽，最高测量温度可以达到3000℃。本专利技术为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种超高温炉膛标准温度的测定平台，包括加热炉、高温固定点、测温仪、激光发射器和激光接收器，所述加热炉的炉管为水平放置，炉管的管口两端设置有耐火材料，炉管的中心设置有可视孔，该可视孔可用于通过测温仪检测炉膛内的温度，加热炉还设有进气管和出气管，且进气管的一端设置有气体流量计。所述加热炉的加热方式是通过高强度石墨发热体加热或者感应加热。所述激光发射器为调谐半导体二极管激光器，发出的激光的波长范围为0.19-1.2μm。所述的高温固定点为Pt-C高温固定点、Re-C高温固定点或者WC-C高温固定点。一种超高温炉膛标准温度的测定方法，包括以下步骤：（1）、在炉膛的恒温区中心部位放入高温固定点，然后通入标准气体，经三次循环抽真空后，开启高温炉；（2）、在恒压条件下，通过炉体的可视孔利用测温仪测量固定点的温度，得到炉内的实际温度与测温仪测量得到的温度的差异，以校准测温仪；（3）、在炉膛的两个对应端分别布置激光发射器和激光接收器，选定标准气体、炉内压强以及激光波长，通过炉膛的进气口将炉膛内注入标准气体，利用步骤（2）校准后的测温仪通过炉体的可视孔测量炉内温度，收集炉内不同温度时标准气体对激光的吸收强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高温炉膛标准温度的测定平台，其特征在于：包括加热炉、高温固定点、测温仪、激光发射器和激光接收器，所述加热炉的炉管为水平放置，炉管的管口两端设置有耐火材料，炉管的中心设置有可视孔，该可视孔可用于通过测温仪检测炉膛内的温度，加热炉还设有进气管和出气管，且进气管的一端设置有气体流量计。

【技术特征摘要】
1.一种超高温炉膛标准温度的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、在炉膛的恒温区中心部位放入高温固定点，然后通入标准气体，经三次循环抽真空后，开启高温炉；（2）、在恒压条件下，通过炉体的可视孔利用测温仪测量固定点的温度，得到炉内的实际温度与测温仪测量得到的温度的差异，以校准测温仪；（3）、在炉膛的两个对应端分别布置激光发射器和激光接收器，选定标准气体、炉内压强以及激光波长，通过炉膛的进气口将炉膛内注入标准气体，利用步骤（2）校准后的测温仪通过炉体的可视孔测量炉内温度，收集炉内不同温度时标准气体对激光的吸收强度数据，并根据上述数据得到升温过程中标准气体对激光的吸收强度与炉内温度的关系曲线；（4）、更换标准气体的种类、炉内压强以及激光波长，收集不同种类的标准气体、炉内压强以及激光波长条件下，炉内不同温度时标准气体对激光的吸收强度数据，并根据上述数据得到不同条件下，升温过程中标准气体对激光的吸收强度与炉内温度的关系曲线，最终得到升温过程中标准气体对激光的吸收强度与炉内温度关系的数据库；（5）、根据待...

【专利技术属性】
技术研发人员：周森安，阚瑞峰，杨程光，郑传涛，王可，郭进武，
申请(专利权)人：洛阳市西格马炉业有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41