книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники

ке термопары 1 помещают пластмассовую или фарфо­ ровую панель с клеммами. Изнутри к клеммам присое­ диняют электроды термопары, а снаружи соединитель­ ные или компенсационные провода (последние со стро­ гим соблюдением полярности). Длину выбирают в за­ висимости от назначения термопар.

Для измерения очень высоких температур (более 1300° С) применяют термопары из тугоплавких мате­ риалов: платинородий-платинородиевые, вольфрам-мо- либденовые, вольфрам-рениевые и др.

Для измерения температуры в комплекте с термо­ парами используют вторичные приборы— милливольт­ метры или потенциометры.

Измерение температуры тел пирометрами излучения осуществляют бесконтактным методом, т. е. на расстоя­ нии, посредством определения величины излучения, при­ чем величина излучения реального тела отличается от величины излучения абсолютно черного тела. Это отли­ чие выражается коэффициентом излучения или степе­ нью черноты. Возможность определения температуры тел с различной степенью черноты при помощи одного и того же прибора достигается градуировкой приборов по температуре абсолютно черного тела. Такой способ гра­ дуировки приводит к получению заниженных результа­ тов. Правильную температуру определяют введением по­ правок на неполноту излучения по соответствующим графикам, содержащимся в справочниках. Пирометра­ ми основных типов являются радиационные и оптиче­ ские.

Радиационный метод измерения температуры базиру­ ется на зависимости энергии излучения тела от его температуры. Энергия, излучаемая поверхностью нагре­ того тела, преобразуется в электрический сигнал, кото­ рый измеряется вторичным прибором (рис. 85, в). Лучи от раскаленного тела 1 собираются линзой объектива 4 и фокусируются на термочувствительный элемент (тер­ мобатарею) 2, расположенный в корпусе пирометра 3. В радиационных пирометрах термочувствительным эле­ ментом является многоспайная батарея, состоящая из 10 очень тонких хромель-копелевых термопар. Прибор визируют так, чтобы нагретое тело было видно в теле­ скопе и закрывало все поле зрения.

Величину т. э. д. с., развиваемую термобатареей, из­ меряют милливольтметром или потенциометром 5, от­

градуированным в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела. Телескоп пирометра присоеди­ няют ко вторичным приборам через панель с уравни­ тельными и эквивалентными сопротивлениями, обеспе­ чивающими независимость показаний телескопа при различных сочетаниях вторичных приборов. Радиаци­ онными пирометрами измеряют температуру в интер­

вале 100—4000 град, и выше.

Действие оптического пирометра с исчезающей нитью

пература которого измеряется, с яркостью накала нити. Световой поток, испускаемый накаленным телом, посту­ пает в прибор через объектив 1 и далее — через окуляр в глаз наблюдателя. Наблюдатель сравнивает яркость светового потока с яркостью нити пирометрической лампы 3. Сравнение выполняют в монохроматическом свете, который получают, вводя на пути световые лучи в окуляре светофильтра 2, пропускающего лучи, харак­ теризуемые длиной волны 0,65 мкм. Нить лампы нака­ ляется от аккумулятора 4\ регулирование накала осу­ ществляется реостатом 5 до тех пор, пока верхняя часть нити не исчезнет на фоне изображения объекта. В этот момент яркость нити лампочки будет равна яркости объекта. Отсчет температуры ведут по показанию мил­ ливольтметра 6, который отградуирован в градусах.

вательно, нарушается градуировка. Поэтому для изме­ рения температур свыше 1400° С световой поток нака­ ленного тела ослабляется дополнительным светофильт­ ром 2 (см. рис. 85,г, слева), перед лампой, и шкала прибора имеет два различных интервала измерений: без ослабляющего светофильтра (800—1400 град) и с ос­ лабляющим светофильтром (1200—2000 град).

Разновидность пирометров монохроматического излучения пред­ ставляют так называемые фотоэлектрические пирометры. В них, так же как и в оптических пирометрах, осуществляется сравнение интен­ сивностей монохроматического излучения от нагретой поверхности и от лампы сравнения, но в отличие от оптического пирометра это сравнение выполняется не человеческим глазом, а при помощи фото­ элемента или фотосопротивления и специального электронного блока.

Если оптический пирометр — переносной прибор, на котором опера­ ции измерения проводят вручную, то фотоэлектрический пирометр представляет собой стационарный, полностью автоматизированный комплект аппаратуры, состоящий из собственно пирометра и вторич­ ного показывающего и регистрирующего прибора.

Измерение температуры термометрами сопротивле­ ния основано на свойстве некоторых материалов изме­ нять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры.

лического термометра сопротивления представляет со­ бой тонкую проволоку диаметром 0,07—0,1 мм, намо­ танную на каркас из изоляционного материала. Термо­ метры сопротивления изготовляют из платины (ТСП) для измерения температуры от (—200) до (+650) град и из меди (ТСМ) — для измерения температур от (—50) до (+ 180°) град. Чувствительный элемент термометра сопротивления помещают в алюминиевую или латунную гильзу, которая находится в защитной стальной труб­ ке-чехле.

Полупроводниковые термометры сопротивления или термисторы (ПТС) изготовляют из окислов некоторых металлов.

На практике термометры сопротивления работают в комплекте с вторичными приборами — логометрами и ав­ томатическими уравновешенными мостами.

Принцип действия манометрических термометров основан на из­ менении давления рабочего вещества, находящегося в замкнутом объеме, в зависимости от температуры. Рабочее вещество, заключен­ ное в термобаллон, при нагревании создает давление, соответствую­ щее воспринятой им температуре. От термобаллона давление пода­ ется по капилляру к согнутой по окружности полой трубке манометра. Свободный конец трубки наглухо закрывается и может перемещать­ ся. К нему с помощью передаточной механической системы при­ соединена стрелка или перо. Наряду с одновитковыми трубчатыми пружинами, согнутыми по окружности, применяют многовитковые трубчатые пружины (плоские и цилиндрические), а также спи­ ральные.

При повышении давления внутри трубки манометра ее свобод­ ный конец смещается до тех пор, пока избыточное давление не урав­ новесится упругим натяжением материала трубки.

На шкале манометра нанесены значения температуры, соответст­ вующие давлению рабочего вещества. Для наполнения манометриче­ ских термометров используют различные вещества: жидкости (ртуть, ксилол), жидкости с их насыщенным паром (хлористый метил, бен­ зол и др.) и газы (азот). Соответственно манометрические термомет­ ры разделяют на жидкостные, паровьге и газовые.

Помимо рассмотренных приборов, для измерения температуры в промышленности широко применяют жидкостные термометры рас­ ширения, состоящие из стеклянного капилляра с небольшим резерву­ аром внизу, заполненным ртутью, спиртом и другими жидкостями. Ртуть или спирт расширяются при нагревании, и высота их столбика в капилляре служит мерой температуры. Общеизвестным термомет­

ческих печей наиболее распространено применение жид­ костных и пружинных манометров.

Простейшим жидкостным прибором для измерения давления или разрежения является U-образный мано­ метр (рис. 86, а). Он состоит из двухколенной стеклян­ ной трубки, на которой предусмотрена шкала, градуи­ рованная в миллиметрах вверх и вниз от некоторой средней отметки, обозначенной нулем. Трубка заполне­ на жидкостью (водой, спиртом, маслом, ртутью) при­ мерно до половины ее высоты.

Если присоединить одно из колен к пространству, находящемуся под избыточным давлением, то жидкость в этом колене опустится, а в другом поднимется. Раз­ ность уровней жидкости в одном и другом коленах по­ кажет величину избыточного давления, выраженную в миллиметрах столба той жидкости, которая заполняет

т. е. о величине давления можно судить по высоте стол­ ба жидкости. При измерении разности двух давлений в

"абс

raöc

\Ра

Рис. 86. Жидкостные манометры

левое колено вместо атмосферного подается меньшее давление.

Существует много разновидностей конструкций жид­ костных манометров. В том случае, когда одно из колен U-образной трубки выполняют в виде широкой чашки, о величине измеряемого давления судят по подъему жидкости только в другом колене, так как вследствие большого объема чашки уровень жидкости в ней пони­ жается незначительно при приложении давления. Такие манометры называют чашечными. Для увеличения чувствительности U-образных чашечных манометров то колено, по которому ведут отсчет высоты столба жид­ кости, делают наклонным. При одном и том же давле­ нии столб жидкости в наклонной трубке имеет большую протяженность, чем в вертикальной, что облегчает от­ счет и точность измерений.

В поплавковых манометрах отсчет уровня жидкости ведут при помощи поплавка, плавающего на его поверх­ ности и соединенного с электрическим выходным датчи­ ком, передающим сигнал на вторичный прибор.

Устройство колокольного манометра показано на рис. 86, б. Колокол 2, погруженный в затворную жид­ кость (трансформаторное масло), делит рабочую ка­ меру прибора на две полости: над колоколом — плюсо­

соединена с атмосферой или в которую подводится мень­ шее давление. Перемещение колокола под действием разности давлений под ним и над ним уравновешивается пружиной 3, а через рычаги 1 это перемещение переда­ ется на электрический выходной датчик 4, посылающий сигнал к регистрирующему прибору.

В пружинных приборах для измерения давления,

кой или с электрическим датчиком для регистрации по­ казаний по шкале прибора.

Для измерения расхода применяют:

1)расходомеры переменного перепада давления;

2)пневмометрические ^напорные) трубки;

3)расходомеры постоянного перепада давления;

4)счетчики расхода.

Измерение расхода газа, пара или жидкости мето­ дом переменного перепада давления осуществляют с помощью сужающих устройств, работающих совместно

сдифманометрами (рис. 88, а, б).

Вдвижущемся потоке различают статическое дав­ ление Рс, являющееся мерой потенциальной энергии потока, или мерой его сжатия, и динамическое давление Рд (скоростной напор), зависящее от скорости потока. Полное давление Р равно их сумме.

газа и пара, вследствие увеличения скорости движения в узком месте увеличивается скоростной напор потока и, соответственно, уменьшается статическое давление, так как полная энергия потока не меняется. Возникает перепад статического давления Ар до сужения и после него. Величина перепада служит мерой расхода. Суже­ ние трубопровода достигается установкой в нем дрос­ сельных устройств: диафрагмы, сопла или трубы Вен­ тури (см. рис. 88, б).

Нормальная диафрагма представляет собой тонкий диск с концентрическим отверстием. Это отверстие име­ ет острую кромку со стороны входа потока. Отбор им­ пульсов давлений до диафрагмы и после нее осуществ­ ляется через просверленные в трубопроводе отверстия, расположенные возможно ближе к полостям диафраг­ мы, или через кольцевые камеры, сообщающиеся с по­ лостью трубопровода кольцевой щелью для усреднения перепада по периферии трубопровода.

Нормальное сопло представляет собой сужение, вы­ полненное в виде насадки с плавно закругленным про­ филем со стороны входа струи.

Труба Вентури представляет собой сужение наибо­ лее плавной формы и потому при одинаковом диаметре

При измерении перепада давления с помощью дрос­ сельных устройств расход V определяют по формуле.

(IX,6)

где ос— коэффициент расхода; е— поправочный коэффициент на изменение плот­

зависимости от вида и давления измеряемой среды, типа дроссельного устройства, скорости движения, по­ тока.

Измерение расхода газов или жидкостей методом скоростного напора осуществляется напорными (пнезмометрическими) трубками в комплексе с микромано­ метрами. Напорные трубки представляют собой устрой­ ства, позволяющие измерить полный и статический на­ поры в какой-либо точке потока. Конструкция трубки изображена на рис. 88, в. В корпусе 1 имеется два ка­ нала, ведущие от отверстий 2 и 3. Центральное отвер­ стие 2, устанавливаемое против движения среды, вос­ принимает полный напор Р. Второе отверстие в виде кольцевой прорези 3 служит для отбора статического давления Рс. Разность этих напоров, равную скорост­ ному напору Рд, измеряют микроманометром.

Из гидравлики и механики газов известно соотно­ шение, связывающее динамический напор Рд и скорость потока W.

(IX,7)

где р — плотность среды. Отсюда

(IX,8)

Зная скорость и площадь поперечного сечения трубо­ провода F, можно определить расход К:

Па основе метода постоянного перепада работают ротаметры. Измерение расхода ротаметрами основано на уравновешивании дав­ ления восходящего потока жидкости (газа) массой поплавка. Рота­ метр, показанный на рис. 88, г, состоит из вертикальной конусной трубы 1, расширяющейся кверху, внутри которой свободно плавает поплавок 2 в потоке измеряемого вещества. Стеклянные ротаметры бывают только показывающими. Положение верхней грани поплав­ ка указывает на шкале прибора величину расхода. Металлические ротаметры выполняют с дистанционной передачей показаний на рас­ стояние. С этой целью поплавок снабжен хвостовиком, на конце ко­ торого укреплен железный сердечник. Этот сердечник перемещается в трубке из немагнитного материала. Трубка находится внутри ин­ дукционной катушки, являющейся электрическим датчиком.

Усилие, действующее на поплавок снизу, равно;

где Рі и р2— давление среды до и после поплавка; 5 —шлощадь поперечного сечения поплавка; q — масса поплавка.

При равновесии поплавка Рі = Р2>т. е.:

пад давлений на поплавке постоянен: поэтому такой способ опреде­ ления называется методом постоянного перепада. Поплавок образует своеобразное дросселирующее устройство с переменным проходным отверстием, так как при увеличении расхода среды он поднимается и кольцевой зазор между ним и стенками увеличивается.

Счетчики, применяемые для измерения количества газа или жид­ кости, подразделяют на скоростные и объемные. Принцип действия скоростных счетчиков основан на измерении числа оборотов вертушки (крыльчатки), установленной в трубопроводе и приводимой во вра­ щение протекающей средой. Скорость вращения вертушки зависит от скорости среды, и, следовательно, расхода, число оборотов ре­ гистрируется счетным механизмом. В объемном счетчике измеряется число фиксированных объемов газа или жидкости, прошедших через него. Фиксированные объемы образуются, например, цилиндрами и поршнями, гибкими мембранами, вращающимися лопастями сложных конфигураций.

4. Измерение состава газов

Для контроля состава газовых атмосфер в метал­ лургических печах применяют газоанализаторы следую­ щих основных типов:

1)ручные химические;

2)электрические;

3)магнитные;

4)оптико-акустические.