Промышленные методы измерения температуры

Температура тела (системы) – мера кинетической энергии, обусловленной тепловым движением молекул тела (системы), то есть потенциалом теплового потока. Является отражением термического состояния тела (системы).

Способы передачи тепла

1) Теплопроводность (диффузия через среду).

2) Конвекция (движение самой среды).

3) Излучение (поток электромагнитных волн).

Температура - важнейший технологический параметр процессов горячей обработки металлов давлением и, в частности, прокатки. Внедрение автоматических методов ведения технологических процессов нагрева металла и его прокатки повышает требования к точности измерения температур, которая обусловливает энергосиловые параметры процесса, стойкость рабочего инструмента и качество готовой продукции.

Особенности:

- широкий диапазон измерений 0-1300(1600)°С.

- высокая влажность и запыленность среды;

- высокая скорость перемещения полосы;

- на горячекатаной полосе слой окалины.

В табл. 1 приведены наиболее употребительные в настоящее время термометрические свойства и соответствующие им промышленные методы измерения температур.

Применение методов 1-6 требуют непосредственного контакта термоприемника с исследуемым телом или введения термоприемника в исследуемую среду. Поэтому методы этой группы обычно называют контактными. Остальные не требуют непосредственного контакта приемника с исследуемой средой и позволяют осуществлять дистанционное измерение температур с некоторого расстояния от объекта, их называют бесконтактными.

При контроле технологических параметров большим преимуществом обладают промышленные методы, позволяющие передавать для регистрации показания на значительные расстояния. Наибольшее распространение в прокатном производстве получили контактные методы 4 и 5 и бесконтактные 7 и 8, в которых изменение температуры преобразуется в изменение какой-либо электрической величины.

Измерение температуры металла в прокатном производстве отличается рядом особенностей, основными из которых являются следующие.

Во-первых, диапазон измеряемых температур металла чрезвычайно широк: от 100—250° С при «теплой» прокатке до 1200° С и выше при горячей прокатке легированных сталей, титана и прочих материалов. Во-вторых, среда, в которой функционируют приборы, характеризуется повышенной влажностью (испарение большого количества воды при гидросбиве окалины и охлаждении прокатных валков), а также непрозрачностью (запыленность из-за наличия частиц окалины, масляный туман и т. п.). В дополнение к сказанному температура среды и корпуса приборов с достаточно высокой частотой могут изменяться в широких пределах: от 10 до 200 С и выше. В-третьих, объект (слиток, заготовка, прокат), температура которого измеряется, чаще всего перемещается с достаточно высокой скоростью. В-четвертых, на металле при горячей прокатке, как правило (исключение составляет прокатка в вакууме и в среде с защитной атмосферой), имеется окалина либо первичная после нагрева в печах, либо вторичная, образующаяся на поверхности металла в процессе прокатки.

Перечисленные обстоятельства следует учитывать при выборе метода контроля температуры и приборов. Так, при горячей прокатке для измерения температуры металла обычно применяют быстродействующие приборы, основанные на бесконтактных методах (оптические и фотоэлектрические пирометры). Приборы-датчики устанавливают вблизи объекта — это уменьшает погрешность вследствие потерь лучистой энергии при использовании пирометров излучения, но одновременно увеличивает нагрев корпуса прибора. Для уменьшения нагрева корпуса прибора применяют специальную защитную арматуру, охлаждаемую либо проточной водой, либо потоком воздуха.

При нагреве металла косвенной характеристикой температуры его является температура пространства нагревательных устройств и отводимых газов сгорания. Контроль и регулирование температуры нагревательных колодцев, методических и камерных печей гарантирует равномерность нагрева слитков и заготовки, а также отсутствие термических трещин, особенно при нагреве легированных сталей и некоторых других материалов, характеризующихся низкой теплопроводностью. В связи со сказанным ниже рассматриваются также и методы контроля температуры внутренних пространств нагревательных и термических печей. Для измерения температуры печей широко используют термоэлектрические и радиационные пирометры.

Кроме того, в некоторых случаях необходимо в прокатном производстве контролировать такие параметры, как температура травильных ванн, температура валков (при поддержании их профилировки), температура охлаждающей воды и технологической смазки. Для указанных целей широко применяют контактные методы, в том числе и термометры сопротивления и термоэлектрические пирометры.

Погрешность измерения температуры зависит от класса точности применяемых теплотехнических приборов, который характеризует основную погрешность прибора, выраженную в процентах от верхнего предела измерения. Абсолютная величина погрешности одна и та же в любой точке шкалы. Поэтому относительная величина этой погрешности, отнесенная к измеряемой величине, будет тем меньше, чем ближе значение измеряемом величины к верхнему пределу измерения.