3.2 Бесконтактные методы измерения температуры

Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности.

Для измерения температуры бесконтактным методом используются пирометры.

Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. В зависимости от естественной входной величины пирометры разделяются на пирометры полного излучения (радиационные пирометры), воспринимающие полную (интегральную) энергию Излучения, пирометры частичного излучения (яркостные пирометры), основанные на зависимости от температуры энергетической яркости излучения в ограниченном диапазоне длин волн, и пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры), в которых используется зависимость от температуры отношения спектральных плотностей энергетических яркостей на двух или нескольких длинах волн.

3.2.1 Пирометры полного излучения, или радиационные пирометры

Эти пирометры основаны на зависимости от температуры интегральной мощности излучения абсолютно черного тела (АЧТ) во всем диапазоне длин волн, определяемой законом Стефана - Больцмана.

Для реального тела эта зависимость определяется выражением

,

где , - коэффициент теплового излучения (коэффициент излучательной способности), зависящий от материала излучателя и от состояния и температуры его поверхности.

Пирометр, градуированный по излучению АЧТ, при измерении на реальном объекте покажет так называемую радиационную температуру, значение которой всегда меньше действительной температуры объекта. Радиационной температурой объекта называется такая температура АЧТ, при которой его полная мощность излучения равна полной мощности излучения рассматриваемого объекта при температуре Т. Пирометры полного излучения применяются для измерения в диапазоне температур от -50 до + 3500 °С. Наиболее целесообразно использовать такие пирометры для измерения температуры объектов, излучательные свойства которых мало отличаются от свойств АЧТ.

Для повышения точности пирометров полного излучения в корпусе телескопа устанавливается образцовый источник излучения в виде АЧТ, температура которого поддерживается постоянной.

Рисунок 5 – Пирометр полного излучения: 1 - линза; 2 - диафрагма; 3 - приемник излучения; 4 - окуляр; 5 - светофильтр.

4. Автоматизированная измерительная система

Автоматический аппарат для определения температуры вспышки представляет собой конструкцию коробчатого типа и состоит из размещенных над крышкой тигля радиационного пирометра и блока поджига нефтепродуктов, внутри корпуса установлен блока нагрева тигля, трансформатор и платы. Трансформатор закреплен на задней панели корпуса. Буквенно-цифровой индикатор и клавиатура расположены на передней. Микропроцессор 3, плата блокировки высоковольтного напряжения 4 и плата источника питания высоковольтного напряжения 5 прикреплены к блоку нагрева. Структурная схема регистратора приведена на рисунке 6 и состоит из:

1) платы клавиатуры управления 1;

2) буквенно-цифрового индикатора 2;

3) микропроцессора 3;

6) блока нагрева тигля, включающего:

• измерительную термопару (ТП);

• нагреватель 14;

• электропривод мешалки 15.

4) блока поджига нефтепродуктов, состоящего из:

- платы блокировки высоковольтного напряжения 5;

- платы источника питания высоковольтного 4;

- разрядника высоковольтной искры FV;

5) Радиационного пирометра (РП).

Плата блокировки высоковольтного напряжения 4 блокирует выработку высокого напряжения по окончании испытания.

Рисунок 6 - Структурная схема автоматического аппарата для определения температуры вспышки

Пирометр содержит двухканальную оптическую систему с сигнальным и опорным каналами 6 и 7 соответственно, источник 8 шумового излучения, источник 9 опорного излучения, модулятор 10 излучения, блок управления 11 и процессор 12.

Канал 6 предназначен для приема радиотеплового излучения объекта и преобразования его в электрический сигнал, а канал 7 - для приема формируемого источником 9 опорного излучения и преобразования его в электрический сигнал.

Оптический модулятор 10, установленный на входе каналов 6 и 7, предназначен для периодического прерывания излучения, поступающего на входы каналов 6 и 7. Режим работы модулятора 10 задается задающим генератором 13, соединенным с блоком 6 управления, выходы которого подключены к каналам 6 и 7 и источнику 8 шумового излучения.

Каждый из каналов содержит оптоэлектронный преобразователь и синхронный детектор.

Оптоэлектронный преобразователь представляет собой болометр типа НБГ-2.

Болометры никелевые предназначены для преобразования энергии теплового излучения в электрический сигнал.

Выпускаются в пермаллоевом корпусе. Чувствительный элемент болометра представляет собой никелевую пленку толщиной около 0,1 мкм, находящуюся в свободном состоянии. Приемник состоит из двух чувствительных элементов, расположенных рядом на расстоянии менее 0,1 мм и включенных в противоположные плечи уравновешенного моста. В два других плеча моста включены медные резисторы, обладающие близким к никелевым пленкам температурным коэффициентом сопротивления. Чувствительные элементы укреплены на кольце в корпусе прибора. Входное окно болометра НБГ-2 изготовлено из KRS-5.

Между чувствительным элементом и входным окном болометров установлена диафрагма, которая дает возможность выделить рабочий участок с равномерной чувствительностью.

Для детектирования вспышки используют стационарный радиационный пирометр «Marathon» модификации RAYММ2MHSF1L, со временем отклика 2мсек.

В качестве источника шумового излучения можно использовать импульсный широкополосный ИК источник (MIRL17-900).

Блок управления последовательностью операций выполнен в виде микропроцессора 3, к входу которого через АЦП подключен через усилитель сигнала напряжения (0-10В) радиационного пирометра, при этом выход микропроцессора соединен с приводом мешалки, блоком поджига нефтепродукта и нагревателем тигля.

Пирометр включает периодическое облучение объекта шумовым излучением с широким диапазоном частот и прием в первый интервал времени в первом канале теплового излучения объекта и во втором канале излучения, формируемого источником опорного излучения, прием во второй интервал времени, равный первому интервалу, в первом и втором каналах излучения эталона. Облучение объекта шумовым излучением осуществляют одновременно с приемом в первом канале радиоизлучения объекта и заканчивают в момент завершения приема в первом канале излучения эталона. Принятое излучение преобразуют в электрические сигналы, которые совместно с параметрами шумового сигнала используют для определения физической температуры объекта.

Работа аппарата основана на методе, заключающемся в нагреве пробы нефтепродукта закрытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока от электрического разряда не произойдет вспышка паров нефтепродукта над его поверхностью. При этом происходит фиксация температуры вспышки (ГОСТ 63556-75). Сигнал о регистрации вспышки с пирометра поступает в микропроцессор 3.

Исходные данные о режимах работы регистратора и предполагаемой температуре вспышки заносятся через клавиатуру управления 1 в память микропроцессора 3. Производится нагрев тигля с пробой нефтепродукта. Дальнейшая работа регистратора осуществляется автоматически по программе, записанной в памяти микропроцессора 3, без контроля со стороны лаборанта.

Программа обеспечивает:

• формирование необходимых, в зависимости от режима работы, скоростей нагрева;

• перемешивание пробы производится электромешалкой, обеспечивая частоту вращения мешалки от 1,5 до 2,0 с^-1, в зависимости от заданной программы;

• открытие крышки тигля электрическим приводом и включение поджига (высоковольтной искры) при определенной температуре;

• фиксацию момента вспышки нефтепродукта с помощью пирометра (ПР) с индикацией температуры на табло;

• сигнализацию (звуковую) о завершении опыта;

Заключение

нефтепродукт температура вспышка термометр

В нефтегазодобывающих и нефтегазоперерабатывающих предприятиях, необходимы автоматизированные системы, обеспечивающие повышение оперативности управления системой нефтегазового снабжения и объектами нефтяной и газовой промышленности, улучшения качества продукции, значительное повышение производительности труда.

Температура вспышки нефтепродуктов является важным показателем при их транспортировки и эксплуатации.

Внедрение АСУ процессом температуры вспышки позволяет:

• расширить функции автоматического и автоматизированного контроля и управления;

• повысить точность измерений;

• сократить время проведения испытаний

Список использованных источников

1. ГОСТ 6356-75 «Нефтепродукты. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле».

2. ГОСТ 400-80 «Термометры стеклянные для испытаний нефтепродуктов. Технические условия».

3. ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия».

4. Исакович Р.Я., Попадько В.Е. «Контроль и автоматизация добычи нефти и газа».

5. Белянин Б.В., Элих В.Н. «Технический анализ нефтепродуктов и газа».

Размещено на Allbest.ru