CS263325B1

CS263325B1 - Equipment for operational control, in particular contactless temperature gauges

Info

Publication number: CS263325B1
Application number: CS875396A
Authority: CS
Inventors: Josef Ing Csc Neruda; Vladimir Janata
Original assignee: Neruda Josef; Vladimir Janata
Priority date: 1987-07-16
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS539687A1

Abstract

Podstata zařízení spočívá v tom, že v pícce je uložen blok černého tělesa, který má na čelní stěně zapuštěnou destičku z materiálu, jehož emisivlta má být ověřena. Před čelní stěnou bloku černého tělesa je vytvořena tepelná clona proudí cího vzduchu. Řešení lze využít pro provozní kontrolu bezkontaktních a kontaktních měřidel.The essence of the device is that a blackbody block is placed in the oven, which has a plate made of the material whose emissivity is to be verified embedded in its front wall. A thermal curtain of flowing air is created in front of the front wall of the blackbody block. The solution can be used for operational control of non-contact and contact meters.

Description

Vynález se týká zařízení pro provozní kontrolu, zejména bezkontaktních měřidel teplot, včetně ' závislosti na emisivítě materiálů, které budou objektem měření.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to equipment for in-process control, in particular non-contact temperature gauges, including dependence on the emissivity of materials to be measured.

Bezkontaktní měření povrchových teplot těles pomocí přístro jů, měřících teplotu pomocí měření celkové energie, vyzářené v určitém, poměrně širokém rozsahu vlnových délek* je možné jen za předpokladu znalosti poměrné emisivity povrchu měřeného materiálu. Poměrná emisivita různých materiálů a různých druhů povrchů se pohybuje v širokých mezích. Literaturní údaje je možno užívat jen jako informativní hodnoty, a proto nedílnou součástí bezkontaktního měření teploty je stanovení emisivity měřeného materiálu. Z různých metod stanovení zářivosti je nejvíce používaně měření poměrné zářivosti porovnáváním přímého záření černého tělesa se zářením reálného povrchu o stejné teplotě. V praxi se tato metoda realizuje pomocí dostatečně hmotného bloku materiálu, do kterého se vytvoří otvor dle známých zásad konstrukce vyzařovacích dutin černých těles, blok se umístí do pece nebo se na něm vytvoří systém ohřevu. Pomocí termočlánků se stanoví teplota v otvoru a na čele bloku. Zářivosti se určují výpočtem z naměřených hodnot teploty pyrometrem v otvoru a na čele bloku.Contactless measurement of the surface temperatures of bodies using temperature measuring instruments by measuring the total energy emitted over a certain, relatively wide wavelength range * is only possible if the relative emissivity of the surface of the measured material is known. The relative emissivity of different materials and different types of surfaces varies within wide limits. The literature data can only be used as an informative value and therefore the emissivity measurement of the measured material is an integral part of the contactless temperature measurement. Of the various methods of determining the emissivity, measurement of the relative emissivity is the most widely used by comparing the direct radiation of a black body with that of a real surface of the same temperature. In practice, this method is carried out by means of a sufficiently massive block of material into which an opening is formed according to known principles of the construction of the radiating cavities of black bodies, the block is placed in an oven or a heating system is formed thereon. Thermocouples are used to determine the temperature at the opening and at the front of the block. The luminosity is determined by calculation from the measured temperature values by the pyrometer in the opening and at the front of the block.

Tato metoda má řadu konfliktních uzlů, které mohou značně ovlivnit výslednou přesnost. Jsou to: značný záporný teplotní gradient, který vzniká na přechodu čelo bloku - atmosféra; odražená záření od teplejších Částí systému ohřevu; velké změny teplotních polí povrchu odvodem tepla kontrolními termočlánky; růst okysličování měřeného povrchu čela bloku. Při větším množství materiálu, na němž musí být zjištěna emisivita, je nevýhodou výroba nových bloků s kontrolními termočlánky. Jsou známé též referenční zdroje tepelného záření, kde teplotním zářičem je málohmotná plocha - plech - jednostranně ohřívaná topným systémem. U takových řešení se porovnávají údaje pyrometru s kontrolním termočlánkem a není možné měření v otvoru s emisním součinitelem blízkým k 1,0. Další nevýhodou je malá tepelná setrvačnost sestavy a z toho vyplývající nejistota stálosti gradace teplotního pole na ohřívaném plechu terče, vznikající od nedefinovatelného proudění okolní atmosféry i od vlivu instalace kontrolního kontaktního čidla.This method has a number of conflicting nodes that can greatly affect the resulting accuracy. These are: a significant negative temperature gradient that occurs at the front-to-atmosphere transition; reflected radiation from the warmer parts of the heating system; large changes in surface temperature fields by heat dissipation by control thermocouples; growth of oxygenation of the measured face of the block face. With a larger amount of material on which emissivity must be detected, the production of new control thermocouple blocks is a disadvantage. Reference sources of thermal radiation are also known, where the heat emitter is a small surface - sheet metal - heated on one side by a heating system. In such solutions, the pyrometer readings are compared to the control thermocouple, and measurements in the aperture with an emission coefficient close to 1.0 are not possible. Another disadvantage is the low thermal inertia of the assembly and the resulting uncertainty in the stability of the temperature field gradation on the heated sheet of the target, resulting from the indefinable flow of the surrounding atmosphere and from the influence of the installation of a control contact sensor.

263 32S263 32S

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro provozní kontroluj zejména bezkontaktních měřidel teplot, sestávající z pícky, ve které je uloženo černé těleso se zářící dutinou podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že blok černého tělesa je na čelní sténej do které ústí zářící dutina, opatřen zapuštěnou vyměnitelnou destičkou s alespoň jedním otvorem. Před čelní stěnou bloku černého tělesa může být vytvořena tepelná clona proudícího vzduchu o teplotě shodné s teplotou černého tělesa.The above-mentioned disadvantages are eliminated by a device for the operational control of non-contact temperature gauges, in particular comprising a furnace in which a black body with a radiant cavity according to the invention is housed. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is that the block of black body is provided with a flush-mounted insert with at least one opening on the front wall into which the glowing cavity opens. In front of the front wall of the black body block, a heat curtain of the flowing air at a temperature identical to that of the black body may be formed.

Ve vnitřním prostoru pícky může být spolu s blokem čerhého tělesa uspořádán stabilizátor teploty vzduchu, na jehož ústí, zasahujícím před okraj zářící dutiny, je vytvořena tryska tepelné clony, přičemž u protilehlého okraje zářící dutiny je uspořádán lapač vzduchu, spojený s výstupním potrubím. V otvoru pícky může být uložen těsnící model s otvory pro kontaktní měřidla teplot.An air temperature stabilizer may be arranged in the interior of the furnace together with the black body block, at the mouth of which extends in front of the edge of the radiating cavity a heat curtain nozzle is formed and an air trap connected to the outlet duct is provided at the opposite edge. A seal model with holes for contact temperature gauges can be housed in the oven opening.

V otvoru pícky může být uspořádán systém labyrintu, tvořený kroužky z materiálu, který propouští teplotní záření, ale sám nezáří.A labyrinth system may be provided in the furnace opening, formed by rings of a material that transmits thermal radiation but does not radiate by itself.

Výhodou zařízení podle vynálezu je jeho univerzálnost, protože umožňuje jak kalibraci bezkontaktních měřidel teplot a stanovení emisi vity různých materiálů, které budou· objektem měření* tak i kalibraci malých kontaktních teplotních čidel, např. měrných konců plášťových termočlánků.The advantage of the device according to the invention is its versatility, since it enables both the calibration of non-contact temperature gauges and the determination of the emissivity of various materials that will be the object of measurement, as well as the calibration of small contact temperature sensors, e.g.

Příklad provedení je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde značí obr. 1 podélný řez zařízením při kalibraci bezkontaktního měřidla, obr. 2 podélný řez zařízením při kalibraci kontaktních čidel a obr. 3 podélný řez zařízením s labyrintem.1 shows a longitudinal section through a device for calibrating a contactless meter, FIG. 2 shows a longitudinal section through a device for calibrating contact sensors, and FIG. 3 shows a longitudinal section through a device with a labyrinth.

V pícce 1 je uložen blok 2 černého tělesa se zářící dutinou 25 a $ kontrolními termočlánky Jl·· čelo bloku 2 je opatřeno kontrolními termočlánky 2 & zářící dutina 25 je opatřena kontrolními termočlánky 2· Na čelní stěně bloku 2 Černého tělesa je zářící dutina 25 zakryta vyměnitelnou destičkou 6 s otvorem z materiálu, jehož emisivita má být ověřena. Osa otvoru je shodná s osou zářící dutiny 25. Uvnitř pícky 1 je kolem bloku 2 černého tělesa vedeno přívodní potrubí 11, spojené s předehřívačem vzduchu 12 s přívodem tlakového vzduchu. Za zadní stěnou bloku 2 černého tělesa tvoří přívodní potrubí 11 stabilizátor 10In the furnace 1, a black body block 2 with a radiant cavity 25 and control thermocouples 11 is placed. with a replaceable plate 6 with an opening of the material whose emissivity is to be verified. The axis of the opening coincides with the axis of the glowing cavity 25. Inside the furnace 1, a supply line 11 is connected around the black body block 2, connected to an air preheater 12 with a compressed air supply. Behind the rear wall of the black body block 2, the supply line 11 forms a stabilizer 10

- 3 263 326 teploty vzduchu a na jeho ústí, zasahujícím před okraj zářící dutiny 25_fje vytvořena tryska 18. U protilehlého okraje zářící dutiny 25 je uspořádán lapač vzduchu 19, spojený s výstupním potrubím 20, ve kterém je uložena ta část přívodního potrubí- 11, vedená mimo vnitřní prostor pícky 1. Vzduch proudící mezi tryskou 18 a lapačem vzduchu 19 tvoří tepelnou clonu 9.· Vstup ní otvor pícky 1 je na čele opatřen tepelnou izolací 15 s čelní deskou 13 na kterou dosedá rám il výstuoního otvoru. Topný systém pícky 1 je spojen s regulátorem 16 teploty » spojený s předehřívačem vzduchu 12. Regulátor 16, teploty má dva termočlánky 7,8, z nichž jeden zasahuje do přívodního potrubí 11 a druhý do vnitřního prostoru pícky 1. Při zjednodušeném provedení (obr. 3) je ve vstupním otvoru pícky 1 uspořádán systém labyrintu, tvořený kroužky 24. Pro kroužky 24 je použit průhledný materiál, který propouští tepelné záření, ale sám nezáří, např. safír. V případě kontroly kontaktních měřidel teplot je ve vstupním otvoru pícky 1 uložen místo rámu těsnicí modul 21 s otvory pro uložení teplotních čidel 22, která při kontrole procházejí otvory vyměnitelné destičky 6 a zasahují do otvorů v bloku 2 černého tělesa.- 3,263,326, and the air temperature at its outlet, extending front edge 25 of the cavity radiant _f is a nozzle 18. At the opposite edges of the radiant cavity 25 is arranged in the air trap 19 associated with the outlet duct 20 in which is stored the part of the supply potrubí- The air flow between the nozzle 18 and the air trap 19 forms a heat shield 9. The inlet opening of the furnace 1 is provided with thermal insulation 15 with a faceplate 13 against which the frame 11 of the outlet opening abuts. The furnace heating system 1 is connected to a temperature controller 16 connected to an air preheater 12. The temperature controller 16 has two thermocouples 7.8, one extending into the supply line 11 and the other into the interior of the furnace 1. In a simplified embodiment (FIG. 3) a ring-shaped labyrinth system is provided in the inlet opening of the furnace 1. For the rings 24, a transparent material is used which transmits heat radiation but does not radiate itself, e.g., sapphire. In the case of checking the contact temperature gauges, in the inlet opening of the furnace 1, a sealing module 21 is provided in place of the frame, with openings for accommodating temperature sensors 22, which during inspection pass through the holes of the removable plate 6 and extend into the holes in the black body block 2.

Do bloku 2 černého tělesa se nasadí destička 6 z materiálu na němž se má ověřit emisivita. Topný, systém pícky 1, řízený regulátorem 16 teploty a termočlánkem 7* ohřívá blok 2 černého tělesa. Doučasně na stejnou teplotu se ohřívá vzduch v předehřívači 12, který proudí přívodním potrubím 11. stabilizátorem 10 a vytváří před destičkou 6 tepelnou clonu j). Předehřátý vzduch v systému clony 2 podstatně zkracuje ohřev i stabilizaci teploty v bloku 2 černého tělesa. Po ustálení teploty je tepelný gradient v bloku 2 černého tělesa i destičky 6 nepatrný. Případnou poruchu systému vyhřívání pícky 1 nebo tepelné clony 2 signalizují termočlánek 4 bloku 2 a termočlánek 2 čela bloku 2. Tepelná clona 2 umožňuje minimalizovat vzdálenost čela bloku 2 černého tělesa k okraji pícky 1. Po ustálení teploty na termočlánku 2 zářící dutiny je možno kalibrovat bezkontaktní měřidlo 17 teploty při emisivitě blízké 1,¾ a to se zaměřením na otvor v destičce 6 v ose bloku 2 černého tělesa. Posune-li se měřidlo 17 mimo otvor destičky 6 (obr. 3), získá se na měřidle 17 údaj pro výpočet emisivlty materiálu destičky 6. Při kontroleA plate 6 of the material to be checked for emissivity is placed in the black body block 2. A heating system 1 controlled by a temperature controller 16 and a thermocouple 7 * heats the black body block 2. At the same time, the air in the preheater 12 is heated to the same temperature, which flows through the inlet duct 11 by the stabilizer 10 and forms a thermal screen j) in front of the plate 6. Preheated air in the curtain system 2 significantly shortens the heating and temperature stabilization in the black body block 2. After the temperature has stabilized, the thermal gradient in the block 2 of the black body and the plate 6 is slight. Possible failure of the furnace heating system 1 or the heat curtain 2 is signaled by the thermocouple 4 of the block 2 and the thermocouple 2 of the block front 2. The heat curtain 2 allows to minimize the distance of the front of the black block 2 to the edge of the furnace 1. a temperature gauge 17 at an emissivity close to 1 ¾, with a focus on the hole in the plate 6 in the axis of the black body block 2. If the gauge 17 is moved out of the hole of the plate 6 (FIG. 3), the gauge 17 provides an indication for calculating the emissivity of the material of the plate 6.

263 325263 325

- 4 kontaktních měřidel /obr. 2/ se kontrolovaná čidla 22, 23 porovnávají s termočlánky 4 bloku 2 černého tělesa. Tepelná clona 3 v tomto případě vytváří zónu stabilizované teploty na tělesech zkoušených čidelj a tím zabraňuje nežádoucímu odvodu tepla od měrného konce. V ose bloku 2-černého tělesa může být kontrolováno teplotní čidlo 23 o větším průměru, zasahující do zářící dutiny bloku 2, nebo může být tímto otvorem vsunut teplotní etalon, a, pomocí tohoto kontrolován termočlánek 3 zářící dutiny bloku 2 černého tělesa.- 4 contact gauges / fig. 2 /, the sensors 22, 23 to be checked are compared with the thermocouples 4 of the black body block 2. In this case, the heat curtain 3 creates a stabilized temperature zone on the bodies of the sensors to be tested, thereby preventing undesirable heat dissipation from the specific end. In the axis of the 2-black body block, a larger diameter temperature sensor 23 extending into the shining cavity of the block 2 may be inspected, or a temperature standard may be inserted through this opening, and thereby controlling the thermocouple 3 of the shining cavity of the black body 2.

Zařízení podle vynálezu lze využít pro provozní kontrolu bezkontaktních a kontaktních měřidel teplot.The device according to the invention can be used for operational control of non-contact and contact temperature gauges.

Claims

An apparatus for in-service inspection, in particular of non-contact temperature gauges, comprising an oven in which a black body with a radiant cavity is disposed, characterized in that the black body block (2) is on the front wall into which the radiant cavity (25) opens. provided with a flush-mounted indexable insert (6) with one or more openings.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a heat curtain (9) of the air flowing at a temperature identical to that of the black body is formed in front of the front wall of the black body block (2).

Device according to Claims 1 and 2, characterized in that an air temperature stabilizer (10) is arranged in the interior of the furnace (1) together with the black body block (2), at the mouth of which extends in front of the glowing cavity (25). a nozzle (18) of the heat shield (9) is formed, an air trap (19) connected to the outlet duct (20) at the opposite edge of the radiating cavity (25).

Device according to Claim 1, characterized in that a sealing module (21) is provided in the oven opening (1) with openings for contact temperature gauges,

Device according to claim 1, characterized in that a labyrinth system is formed in the opening of the furnace (1), consisting of rings (24) of a material which transmits thermal radiation but does not radiate itself.