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光学高温计

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光学高温计相关的论坛

  • 光学、辐射式高温计工作原理

    [size=15px][b]工作原理:[/b][/size][b]辐射高温计[/b]是根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系设计制造的,用辐射感温器作为一次仪表,电子电位差计作为二次仪表,它属于透镜聚焦式感温器,具有铝合金外壳,前部是物镜,壳体内装有热电堆补偿光栏,在靠紧热电堆的视场光栏上有一块调档板,档板的作用是调节照射到热电堆上的辐射能量,使产品具有统一的分度值,在可拆卸的后盖板上装有目镜,借以观察被测物体的影像。辐射感温器把被测物体的辐射能,经过透镜聚焦在热敏元件上,热敏元件把辐射能转变为电参数,由已知的热电势与物体温度之间的关系通过二次仪表测出热电势,显示出温度值,这个温度值须用物体的全辐射黑体系数予以校正或用铂铑10—铂热电偶直接插入高温盐浴炉中配以直流电位差计测量温度,然后与仪表显示温度对比,用以校准高温计测量温度的准确程度。[b]光纤温度计[/b],光导纤维简称光纤: 它以高速、高可靠性传送大量信息,具有不受电磁干扰、绝缘性好、安全防爆、损耗低、传输频带宽、容量大、直径细、重量轻、可挠曲和耐腐蚀等优点,被应用到信号检测领域. 目前采用最多的光纤为玻璃光纤,是用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的 。由导光的纤芯及其周围的包层组成,包层的外面常有塑料或橡胶等保护套。[size=15px][color=white][back=#3c40eb][b]安装要求:[/b][/back][/color][/size]仪表为固定安装式,感温器可在10~80℃的环境下使用,在环境温度超过80℃或空气介质中含有水蒸汽,烟雾时可借助于水冷,通风等辅助装置来降低环境温度,吹净测量通道中的烟气,以减少测量误差。感温器辅助装置分轻型和重型两种。重型是使用在环境较恶劣的情况下,为了防止被测炉窑中的火焰或高温炉气从测量通道喷出而灼伤仪器,设置了火焰防炉装置,能在发生危险时自动动作,保护仪器并发出报警信号。

  • 急!万能试验机的高温配件问题,引伸计只到200度?

    我单位拟购Instron的试验机,夹具可以到500度,但是引伸计只到200度(500以上的高温引伸计只能用在高温炉,不能用在环境箱中)。但是我们的样品需要测到300,有没有引伸计可以实现这么高的温度。请勿推荐光学引伸计,太贵!

  • 【原创】红外测温仪在铸造行业的应用

    【原创】红外测温仪在铸造行业的应用

    红外测温仪在铸造行业的应用 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/04/201104210928_290133_2263989_3.jpg铸造行业铁水与钢水温度的测量,常用的方法是光学高温计和快速热电偶插入法两种。其中光学高温计测温精度较低,且其因无对应的电信号输出,而无法联接记录仪或打印机等记录设备,所测温度只能由人工记录,无法保证记录数据的真实性。快速热电偶插入法中,尽管其温度值可由记录仪记录,但由于快速热电偶只能在插入瞬间测量温度,而不能长时间连续测温,故只能在熔炼过程中抽测几点,无法掌握整个过程的温度变化情况,而且每次测温必须人工插入操作,一支电偶只能使用1-2次,电偶消耗较大,使用较麻烦。  应用红外测温仪后,只要在距熔炉口十米以内的适当位置固定安装红外探头,并通过瞄准器对准炉口,红外测温仪就可自动地连续测量熔炉内的温度,仪表输出信号可接记录仪,打印机和大屏幕显示仪等外部设备,可以自动记录打印出炉内温度变化曲线和测温时间。只要一次性调整设置好测量参数后,测量系统就可以自动测量并记录每一炉的温度情况,为生产管理和工艺改进提供可靠依据。 现时使用的很多高温的红外测温仪最大的问题在于,红外测温仪性能不稳定,或者使用的条件限制比较多,有很多厂家都会针对这一方面的问题对测温仪稳定性进行提高,如广州市宏诚科技公司,公司集生产销售于一体,其红外测温仪中高温系列红外测温仪可以满足到您的需求。工业高温红外测温仪系列DT-8867H DT-8868H DT-8869H,具有高温及远距离测量的特点,双激光指示可以方便地瞄准目标并更为精确地测量温度,大范围的测量温度量程可以适用于更多的工业领域,具有小于150毫秒的快速响应时间,USB电脑连接界面可将数据便捷、快速地传送到电脑,便于更好地、及时地监控温度的变化,是安全理想的非接触式测温工具。可广泛应用于电力、化工、冶炼等领域。

  • 【分享】中国辐射法测量热力学温度 寻找高温固点成可能

    中国计量科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑计划重点项目“以量子物理为基础的现代计量基准研究”中《辐射法测量热力学温度研究》通过了国家质检总局组织的专家验收。该课题通过对金属—碳高温热力学温度的研究,在国内首次实现辐射法测量热力学温度,完成对高温固定点的热力学温度赋值,相对标准不确定度达到(1.0—1.7)×10-4,标志着我国高温计量步入国际先进行列和前沿研究领域。  据介绍,现行的国际温标(ITS-90)高温段固定点只有银、金、铜三个定义凝固点,其中最高温度是铜凝固点(1084.62℃)。温标规定,银凝固点(961.78℃)以上温度,从定义固定点外推获得,这导致随着温度升高,国际温标复现和高温测量的不确定度将显著增大。由于在更高温度条件下,缺乏性能良好的高温固定点,高温固定点已成为国际温度计量界亟待解决的一大难题。近年来,金属(碳)—碳高温固定点的发现,使得寻找更高温度的固定点成为可能。  课题负责人原遵东研究员告诉记者,经过近4年的努力,课题组解决了绝对辐射温度计的滤光片辐射计绝对响应度、物镜透射比及几何参数测量等主要关键技术的理论与实验研究。目前,该课题组在国内首次建立了绝对辐射温度计及与之配套的性能测量实验装置,自主完成对金属—碳高温固定点(钴—碳、铂—碳、铼—碳共晶点)和银凝固点热力学温度测量;实现对高温固定点的热力学温度赋值,确定了高温固定点温度下我国热力学温度与现行国际温标ITS-90之差,使我国进入国际温度计量的前沿领域。对于我国参与对新型高温固定点热力学温度国际赋值测量具有重要意义,使我国在实行“开尔文的实用温标实现”等国际计量的重要发展事件中具备话语权。

  • 【求助】筹建锅炉能效测试实验室需要的监测设备

    [size=4]大家好,我是江苏正平技术服务事务所有限公司的工作人员。最近,我公司准备筹建锅炉能效测试实验室,需要一系列的监测设备,请有资料的朋友帮帮忙,把相关的资料和报价给我,谢谢!设备清单:等温式量热仪元素分析仪全自动工业分析仪通氮干燥箱超声波流量计烟气分析仪1、用于测量锅炉给水流量的涡轮流量测量仪,用于测量蒸汽流量的涡街流量测量仪以及用于高温介质的超声波流量计。2、用于测量送风、烟气和炉膛温度的热电阻、热电偶温度计,抽气式热电偶温度计,隐丝光学高温计。3、用于测定烟气成分的烟气分析仪,奥氏分析器。4、用于测定灰渣成分的炉渣灰渣分析仪,飞灰等速取样器。联系电话/传真:0519-87963805手机:13961445287E-mail:wdmzjwj314@163.com[/size]

  • 【转帖】热学计量简介

    [02-01] 热学计量简介热学计量是涉及温度,热流,温度等相关物理量的测量科学,依据热力学定律建立热血计量标准,开展各种测量仪表的鉴定好校准,实现中低温,高温,光电高温,辐射温度和热流,温度等的量值传递或溯源。 一温度与温标 温度表示物体冷热得逞度。温度决定一个物体是否与其他物体处于热平衡的宏观性质。温度概念是与大量分子的平均运动能相联系的。 仅仅定义了温度的概念是不完全的,还要对它做数值的表示。 温度的单位为开尔文(符号为K),定义为水三相点热力学温度的1/273.16。 二 常用温度计 测量温度的计量器具是温度计,常用的温度计按其工作原理不同,可分为电阻温度器,玻璃液体温度器和热电偶温度计等几种类型。 1.电阻温度计 由于金属,合金或半导体的电阻随温度的变化而变化,这就使我们有可能利用他们电阻的变化来测量温度。现在常用的标准铂电阻温度计有三种类型:标准套管式,标准长杆式,标准高温。 2.玻璃液体温度计这类温度计是基于工作物质液体在玻璃毛细管中的热胀冷缩作用。广泛的被用于测量-100℃~500℃范围的温度(特殊情况下玻璃液体温度计可将测温范围扩展到由-199℃~700℃)。玻璃体温度计按形状和结构分为:棒式温度计,内标式温度计和外标式温度计。按测量精度可以分为:工作同温度计、高精密温度计、标准温度计。标准玻璃水银温度计,按准确度的不同分为一、二等。 3.热电偶温度计这类温度计是利用热电效应进行测温的。两种不同的导体(或半导体)两端组成回路,当两个结合点温度不同时,会在回路内产生热电势,这一现象称为热电现象,又被称为塞贝克(Seebeek)效应。热电偶温度计按使用情况可分为标准和工作用。标准热电偶有一等和二等标准铂铑10-铂热电偶(418.527℃~1084.62℃)、一等和二等标准铂铑30-铂铑6热电偶(1200℃~1500℃).三、低温测量 低温温度计是利用被测物体在低温条件下,某种物体(即传感器中的感温元件)的某些物理量(如热电阻、热电势等)也随着温度变化的特性来测量温度的。低温温度计按等级可分为:标准低温温度计,工作用低温温度计;按测温原理可分为:热电阻温度计,热电偶温度计,电流型温度计。四、辐射测温 在测温学中,就温度传感器或温度计与被测温场之间的关系而言,测温方法可以分为两娄:接触测温法和非接触测温法。热辐射是指一个物体或热力学系统处于热平衡状态下的辐射,因此也称为平衡辐射。 常用的辐射温度计有光学高温计,光电高温计,全辐射温度计和比色温度计。 光学高温计测温是根据物体光谱辐射亮度随温度升高而增长的原理,在选定的有效波长上进行亮度比较,采用亮度平衡法实现高温测量。五、热流和热流计热流是温度的导出量,它的测量热量转移的仪器称之为热流计或热流传递的热量。其单位为W/CM2.六、温度指示和调节仪 在科研生产过程中,为了获得测量数据,保证生产过程的正常进行,必须对相关的温度,压力,流量等参数进行测量,并将测量结果指示出来,对被测对象进行相应的调节.这就要用到各种温度指示和调节仪,其中包括温度显示和控制仪,测温仪,温控仪,控温仪等仪表. 温度指示和调节仪按功能可分为:温度指示(记录)仪,温度指示和调节仪 按指示方式可分为:模拟指示仪表,数字指示仪表.七、湿度 湿度是描述空气(或其他气体)中水汽含量的参数.湿度与温度一样,是人们可以感知,广义上讲是定义水份含量的物理量. 湿度的测量技术和测量方法近年来取得了飞速的发展,但从测量的输出参量上区分,基本可分为:利用物质几何尺寸变化的测量法(伸缩法),干湿球法,冷凝露点法,氯化锂露点法,电湿测量法(电阻法,电容法),电解法(库仑湿度计)以及其他测湿方法.其中电湿测量法(电阻法,电容法),由于电子技术的迅猛发展,目前被大量使用. 由于现存的湿度表示方法和单位相当繁杂,同时因为湿度这个量用实物来体现比较困难,因此,迄今为止国际上关于湿度及其单位还没有统一的定义,从而也就无法根据定义来复现这个单位.目前各国使用的湿度计量标准不尽相同,但基本上都是通过两种并行的方法来实现量值的统一.其一是建立湿度的绝对测量方法,其二是制作能够发生已知湿度气体的装置。

  • 分析高温辐射温度计激光能量法

    激光能量法具有几下特点:    a)激光辐射源本身的温度可以很低,避免了现有黑体辐射源因本体材料的耐热性导致的温度上限不能超过3200℃的情况,因此温度上限可以很高。由于采用激光器代替了黑体炉作为辐射源,其输出的能量完全可以满足辐射温度计对高温校准的要求。    b)使用方便。从键盘输入辐射温度计光学系统的通光孔径r,辐射温度计与被测目标的距离R为1000mm时,目标能够辐射到辐射温度计面积S,光学系统光谱范围的上、下限波长λ1,λ2和温度值T0i后,激光辐射源即可直接输出对应于温度T0i的辐射能量φ0λ1,λ2(T0i)。    c)激光能量法属于绝对法校准,不需要标准温度计。同时,也不同于一般的绝对法校准,不需要定义固定点和内插方程。采用标准激光功率计作为标准器,通过激光辐射源的输出能量来获得对应于热力学温度T0的辐射能量φ0λ1,λ2(T0i)。标准激光功率计对激光辐射源的输出能量进行测量,并进行自校准。    d)节省时间。激光辐射源没有升温和恒温过程,所以可实现快速校准、检定。    e)校准时,可不考虑辐射温度计的距离系数。    f)激光能量法主要用于高温范围辐射温度计的校准、检定,所以不必考虑环境辐射的影响。    激光辐射源输出激光的波长应在辐射温度计的有效波长范围之内。由于激光辐射源不是黑体辐射源,所以输出激光的波长必须与辐射温度计相适应。也就是说,一台通常单频率的激光辐射源不能满足校准所有辐射温度计的需要。在校准装置中,工作波长不同的多台激光辐射源可共用一套控制系统。若采用频率可调的激光器可克服此问题。    校准时,应注意辐射温度计与激光束的同轴。因为激光束很窄,若瞄准不好可能使激光束打不到探测器上。    在不确定度的评定过程中,由于条件所限,没有考虑辐射温度计光学系统光谱透过波长的测量误差问题。因波长测量误差会导致辐射能量的计算误差,最终对校准结果产生影响。同时,也没有考虑辐射温度计光学系统的通光孔径r,辐射温度计与被测目标的距离R为1000mm时,目标能够辐射到辐射温度计的面积S的测量误差,这两项误差将对计算辐射能量直接产生影响。对此,将在今后的研究中加以解决。    对激光能量法与黑体辐射源法校准辐射温度计的差异还有待理论及实践的探讨与研究。

  • 总半球发射率测试方法ASTM C835在1000℃以上应用中的高温局限性分析

    总半球发射率测试方法ASTM C835在1000℃以上应用中的高温局限性分析

    [color=#990000]摘要:本文对目前国内外采用ASTM C835高温总半球发射率测试方法进行的研究报道进行了文献分析,分析目前造成在1000℃以上高温区间无法或很少进行总半球发射率测试的原因,并尝试找出解决方法或替代方案以实现高温范围内的准确测量,为今后高温总半球发射率测试方法的选择和测试设备设计提供参考。[/color][hr/][size=18px][color=#990000]1. 引言[/color][/size]  总半球发射率是材料的重要热物理性能参数之一,代表着材料表面的热辐射能力,是研究热辐射测量、辐射传热以及热效率分析的重要基础物理性能数据。  总半球发射率的测试方法很多,但在高温条件下,经典的方式是直接通电量热法,相应的标准测试方法是ASTM C835“材料表面在1400℃高温范围内的总半球发射率标准测试方法”。  按照ASTM C835标准测试方法的设计,对于可直接通电加热的电导体材料,总半球发射率的最高测试温度可以达到1400℃。但从目前国内外研究报道来看,采用这种方法进行的测试极少能达到如此高的温度,绝大多数报道的总半球发射率测试温度范围都在1000℃以下,这说明这种方法在高温范围内的应用具有一定的局限性。  本文将对目前国内外采用ASTM C835测试方法进行的研究报道进行文献分析,分析造成无法或很少在1000℃以上高温范围进行总半球发射率测试的原因,并尝试找出解决方法或替代方案,以实现高温范围内的准确测量,为高温总半球发射率测试方法的选择和测试设备设计提供参考。[size=18px][color=#990000]2. 文献综述和分析[/color][/size]  对于总半球发射率的测量,做为经典的测试方法,ASTM C835的应用十分普遍,使用这种测试方法可以准确测量和评价服役中材料的高温热辐射性能。但我们在文献研究中发现,在ASTM C835的实际应用中很少有文献报道超过1000℃的测试数据。  首先我们分析了ASTM C835标准测试方法文本[1]的参考文献,其中引用了Richmond等人1960年对几种金属合金总半球发射率的测试研究报道[2]。在Richmond等人的报道中,总半球发射率的测试温度最高就达到1000℃,如图2-1所示。  从图2-1所示的NBS测试结果中可以隐约看出总半球发射率值在800~1000℃区间内有个峰值。这种在1000℃附近发射率发生突变的原因,一直没看到有相关文献进行过分析报道,直到2000年Greene等人[3]针对发现的这种现象进行了专门的研究。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),623,756]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201551458107_282_3384_3.png!w623x756.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-1 在美国国家标准局(NBS)和通用电气公司(GE)接收管部门对通用电气公司提供的金属板样品测量的结果[2][/color][/align]  为了测试Inconel 718在不同表面状态下的高温总半球发射率,Greene等人[3]采用了S型热电偶,但当样品表面温度超过1000℃时测量发射率遇到了困难。在高于1000℃后,S型热电偶开始给出未知原因的异常读数,得到的发射率测量结果如图2-2所示。通过单独实验Greene等人研究了这种异常现象,在该实验中,将热电偶焊接到一小块Inconel 718上,然后缠绕在标准热电偶管上。将热电偶置于大气压下的熔炉中,并对两个测量温度进行比较,结果显示在图2-3中。第一次温度上升到1000℃时,温度异常首先出现在1000℃;当温度升高到1200℃时,与标准校准热电偶的偏差恢复。偏差趋势随着重复的热循环而重复,如图2-3所示,由此显示了作为测量标准温度的函数的两个测量温度之间的差异,可以清楚地看到点焊热电偶的塞贝克系数异常,它在大约1000℃时具有最大影响。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,542]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201552577851_2873_3384_3.png!w690x542.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-2 Inconel 718的发射率测试结果[3][/color][/align][align=center][img=发射率(Emissivity),690,538]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201553092817_3983_3384_3.png!w690x538.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图2-3 样品热电偶和参考热电偶之间的温差[/color][/align]  由于真空条件下的这种异常总是出现在1000℃以上的温度,Greene等人因此决定只报告测量的发射率高达1000℃。另外Greene等人还认为对于其他热电偶类型、不同基材(如其他Inconel和不锈钢)、各种热电偶连接方法(即单独点焊线、相互点焊然后点焊到表面的导线),需要在氧化和惰性气氛中进行热循环,以帮助解释这种异常行为并提高对1000℃以上条件下热电偶行为的深入理解。  从Greene等人[3]的研究结果可以看出,在1000℃左右的温度测量中,通过点焊在被测样品上的热电偶获得的测温数据要比实际温度值高,如将此温度测量值代入测量公式,势必会得到比实际值偏小的总半球发射率,这就解释了在1000℃左右总半球发射率开始变小的现象。  尽管Greene等人[3]通过试验手段并解释了ASTM C835标准方法中采用样品上焊接热电偶进行测温过程中会在1000℃左右区间出现发射率测量结果异常现象,但并没有相应合理的解决办法,所以只能进行1000℃以下温度范围的发射率测量和报道。  近二十多年来,在采用ASTM C835标准方法进行的测试研究报道中,基本没有看到温度要超过1000℃以上进行测试的尝试。最典型的是加拿大核试验室的Fong等人[4]采用最新电子自动化技术在2015年完成搭建了直接通电法总半球发射率测试装置,如图2-4所示。从文献报道可以推测,这是目前国际上最新搭建的测量装置,此装置的测试过程完全自动化并控制测量准确,整个测试过程非常漂亮,如图2-5所示,但最高温度也只能达到1000℃的测试能力,如图2-6所示。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,477]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201553219609_7110_3384_3.jpg!w690x477.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-4 (a)压力管发射率测试样品的配置,(b)钟罩型发射率仪器底部照片[/color][/align][align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,224]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201553350253_8997_3384_3.jpg!w690x224.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-5 1000℃下的压力管发射率测试过程;(a)预氧化表面和(b)未氧化表面[/color][/align][align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,495]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201553456415_846_3384_3.jpg!w690x495.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-6 在600℃至1000℃范围内测量的预氧化和未氧化压力管样品的总半球发射率值[/color][/align]  通过报道文献分析,近十几年来,采用ASTM C835标准方法进行各种材料发射率测试和研究比较活跃的机构,主要是中国清华大学的符泰然团队和美国密苏里大学的汤普森团队。清华大学符泰然团队在2010年就开始对ASTM C835方法进行研究和研制了相应的测试设备,并发布了很多文献报道[5][6],但所报道的发射率测试温度最高也只能达到1000℃,对温度高于1000℃的测试只字未提。  密苏里大学汤普森团队2010年前就进行了ASTM C835方法研究,同样也研制了相应的测试设备,如图2-7和图2-8所示。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,704]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201554053335_146_3384_3.jpg!w690x704.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-7 密苏里大学量热法总半球发射率测试系统钟罩内部结构图[/color][/align][align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,516]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201554162712_5436_3384_3.jpg!w690x516.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-8 密苏里大学量热法总半球发射率测试系统[/color][/align]  从密苏里大学近十多年来发表的文献中,可以看到他们经常会发布一些超过1000℃的发射率测试结果或其他文献数据,而且在测试过程中全部都采用了K型热电偶进行样品表面温度测量,本身也没想采用S型热电偶进行更高温度的发射率测量。如在2010年的文献中[7],介绍了超高温反应堆系统潜在结构材料总半球形发射率的测试结果,如图2-9所示。从图中可以看出,密苏里大学的测试并未超过1000℃,但用来对比的文献数据则最高温度达到了近1200℃,并且温度在1000℃附近时发射率有明显的异常波动。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,433]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201554280088_6996_3384_3.jpg!w690x433.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-9 氧化镍发射率测试数据(三角形和空心圆)与其他文献数据的比较[/color][/align]  在密苏里大学2012年的文献中[8],介绍了Hastelloy总半球形发射率的测试结果,如图2-10所示。从图中可以看出,测试结果在1000℃附近波动明显。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,431]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201554387619_847_3384_3.jpg!w690x431.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-10 纯镍、Hastelloy N和Hastelloy X样品在1153K空气中氧化15分钟后的发射率测试结果比较[/color][/align]  在密苏里大学2012年的文献中[9],介绍了Haynes 230总半球形发射率的测试结果,如图2-11所示。从图中可以看出,测试结果同样在1000℃附近有明显的下降。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,426]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201554493500_2148_3384_3.jpg!w690x426.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-11 原始状态Haynes 230发射率测试结果和相似实验条件下两个不同测试数据[/color][/align]  同样,在2015年的文献中,介绍了lnconel 718在不同热处理后的发射率测试结果,如图2-12所示。从图中可以看出,测试结果同样在1000℃附近有明显波动,但这其中的波动部分原因也可能是氧化层在1000℃附近的变化所引起。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,439]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201554589029_7043_3384_3.jpg!w690x439.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-12 不同热处理状态的lnconel 718发射率测试结果[/color][/align]  有关1000℃后的高温区域测试过程中发射率的异常现象,密苏里大学在之前的文献报道中从未提起,发射率测试温度范围大多也没有超过1000℃。但在2016年发布的文献中[11],介绍了91级A387合金发射率测量结果在827℃左右达到峰值,并随着温度进一步升高而逐步减小,如图2-13所示,而且这种随温度逐步减小的现象,也发生在进行过喷砂和氧化处理后的91级A387合金测试过程中。这种在827℃左右就开始出现异常的现象确实少见,所以文章作者也声明造成这种下降的原因尚不清楚,需进一步调查。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,439]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201555075221_3087_3384_3.jpg!w690x439.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-13 轻度打磨的91级A387合金的总半球发射率[/color][/align]  在随后两年发表的文献[12]和博士论文[13]中,密苏里大学还是采用了K型热电偶对几种典型合金材料进行了全半球发射率测试,在文献综述中提到了1000K后发射率有明显的降低现象,测试结果也再现了这种现象,但都没再提及这种反常现象和原因。但在对高温反应堆系统结构材料发射率的长期预测中[14],首先报道了对合金718进行的额外测量和短期氧化研究结果,以确定氧化合金718中发射率下降的原因。图2-14显示了合金718在空气中氧化10分钟处理后的四种不同样品的发射率,每次测试都在1200K峰值发射率附近的不同温度下终止。使用SEM-EDS检查样品没有发现表面形态和成分的任何变化来解释氧化合金718的行为,由此在随后的长期氧化研究结果中就没再出现1200K以后的结果。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,423]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201555160390_4720_3384_3.png!w690x423.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-14 合金718在空气中氧化长达10分钟的总半球发射率[/color][/align]  在密苏里大学随后几年发表的新材料发射率测试研究报道中[15][16],再也没有出现超过1000℃的实验数据。  从上述文献分析可知,目前国内外绝大多数研究机构对1000℃以上高温发射率中存在的异常现象都没有很好的解决办法,测试结果自然也不能做为准确数据得到应用,但在实际工程应用中还是迫切需要这些高温数据。  美国桑迪亚国家实验室的辐射热测试组(RHTC)多年来一直从事对各种材料在高温热环境下的热辐射性能进行研究,主要测试和研究的材料包括Inconel600、SS304、17-4PH SS、碳化硅和铝合金。在总半球发射率的温度依赖性研究方面,他们外协了美国历史悠久的热物性研究实验室(TPRL),委托TPRL采用他们特有的高温多参数热物性测试设备对典型材料进行了高温总半球向发射率的测试[17][18]。  TPRL的高温多参数热物性测试设备可用于测量材料的多个热物理性能,包括热导率、热扩散率、比热、热膨胀、电阻率、发射率、焓、半球总发射率、Wieddemann-Franz-Lorenz比、汤姆逊系数、塞贝克系数、珀尔帖系数和理查森系数。设备中使用的样品要求是棒状电导体材料,金属、合金和石墨材料已使用该设备进行了广泛的测量。使用热电偶进行温度测量,可以在室温至约1000℃范围内测量大多数这些特性。然而,该装置主要是一种高温(1000℃)设备,使用光学高温计进行温度测定,该设备结构如图2-15所示。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201555258790_8446_3384_3.jpg!w690x359.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-15 TPRL高温多参数热物性测量设备结构示意图[/color][/align]  TPRL的高温多参数热物性测试设备对总半球发射率的测试,采用是ASTM C835方法,但高温温度测量采用的则是非接触式光学高温计。在对Inconel 600热电偶护套材料的发射率测试中,进行了各种预先热处理,样品A在稀薄火焰中在1400℃下加热4小时,样品B在1050℃的浓火焰中加热4小时。样品C和D在空气中分别在1100℃下电加热4小时和5分钟。样品E做为参考样品,由原始的Inconel 600热电偶护套材料组成,没有氧化,也就是说,由于测量是在高真空下进行的,所以参考样品在测量过程中表面没有氧化。整个测试过程的温度至少达到了1071℃,最高达到了1181℃,测试结果数据和图形描述如图2-16和图2-17所示。[align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,429]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201555364019_3535_3384_3.jpg!w690x429.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-16 作为不同温度和表面处理状态下的Inconel 600总半球发射率测试结果[17][18][/color][/align][align=center][color=#990000][img=发射率(Emissivity),690,358]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201555454741_5446_3384_3.png!w690x358.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-17 不同表面状态和温度下的Inconel 600总半球发射率[/color][/align]  从上述TPRL公布的测试结果可以看出,无论在任何表面状态下,发射率随温度的变化基本都是一个接近线性的单调上升变化趋势,并未出现其他实验室采用热电偶测温所出现的1000℃附近的发射率异常波动现象。[size=18px][color=#990000]3. 总结[/color][/size]  通过上述ASTM C835标准测试方法应用的研究报道分析,可以得出以下结论:  (1)在测试过程中,如果在通电加热样品上直接焊接热电偶进行温度测量,由于在高温区间样品材料会出现塞贝克系数异常而导致发射率测量结果反而会随着温度上升而下降。如果采用非接触测温方式,则没有这种现象。这说明接触式热电偶测温会对高温发射率测量结果带来了很大影响,很多时候往往会得到相反的结果。  (2)热电偶测温方式往往适用低于1000℃温度区间的发射率,但在通电样品上焊接多只热电偶往往又会在温度测量准确性上带来较大误差,这是因为多只热电偶通过导电样品形成了短路。  (3)采用非接触式光学高温计进行温度测量,尽管测量温度区间可以实现很宽泛的范围,但光学高温计自身也涉及到一个发射率参数问题,样品发射率在不同温度下的改变也会影响测温精度,除非使用温度测量与发射率无关的多光谱红外测温仪器,而这种多光谱测温仪器的测量准确性还需要进一步考核和研究。  (4)由以上结论可以看出,无论采用热电偶还是采用光学高温计,都会带来不可知的测量误差,区别是热电偶带来的发射率误差是方向性的,而光学高温计的误差则是幅值大小方面的。目前最大的问题是还没有很好的技术手段来解决这些误差影响因素,而这些问题在很大程度上限制了ASTM C835标准测试方法在高温发射率测试方面的应用。  (5)鉴于ASTM C835标准测试方法在高温总半球发射率测试方面所面临的无解问题,但还要进行各种材料高温发射率的准确测量,因此我们建议采用另一种间接通电加热的量热法测量高温半球向发射率。这种测试方法与ASTM C835方法的主要却别是样品加热方式,在这种测试方法中,两片薄被测样品将薄发热体夹持在中间,发热体通电加热来间接加热被测样品,而温度测量则采用独立的铠装热电偶,由此避免样品高温段塞贝克系数异常和焊接质量对温度测量的影响,又可以规避样品上直接焊接热电偶经常带来高温易脱落造成试验失败的现象。[size=18px][color=#990000]4. 参考文献[/color][/size][1] ASTM C835-06(2020), Standard Test Method for Total Hemispherical Emittance of Surfaces up to 1400℃, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2020, www.astm.org.[2] Richmond, J. C., and Harrison,W. N., “Equipment and Procedures for Evaluation of Total Hemispherical Emittance,” American Ceramic Society Bulletin, Vol 39, No. 11, Nov. 5, 1960.[3] Greene G A, Finfrock C C, Irvine Jr T F. Total hemispherical emissivity of oxidizedInconel 718in the temperature range 300~1000 C[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2000, 22(3-4): 145-153.[4] Fong R W L, Paine M, Nitheanandan T. Total hemispherical emissivity of pre-oxidized and un-oxidized Zr-2.5 Nb pressure-tube materials at 600 C to 1000 C under vacuum[J]. CNL Nuclear Review, 2016, 5(1): 85-93.[5] T. R. Fu, P. Tan and C. H. Pang, "A steady-state measurement system for total hemispherical emissivity," Measurement Science and Technology, vol. 23, no. 2, p. 10, 2012.[6] T. R. Fu, et al., "Total hermispherical radiation properties of oxidized nickel at high temperatures," Corrosion Science, vol. 83, pp. 272-280, 2014.[7] Maynard R K, Ghosh T K, Tompson R V, et al. Total hemispherical emissivity of potential structural materials for very high temperature reactor systems: Hastelloy X[J]. Nuclear technology, 2010, 172(1): 88-100.[8] A. J. Gordon, et al., "Hermispherical total emissivity of Hastelloy N with different surface conditions,"Journal of Nuclear Materials, vol. 426, no. 1, pp. 85-95, 2012.[9] R. K. Maynard, et al., "Hemispherical Total Emissivity of Potential Structural Materials for Very High Temperature Reactor Systems: Haynes 230," Nuclear Technology, vol. 179, no. 3, pp. 429-438, 2012.[10] B. P. Keller, et al., "Total hemispherical emissivity of lnconel 718," Nuclear Engineering and Design, vol. 287, pp. 11-18, 2015.[11] C. B. Azmeh, et al., "Total Hemispherical Emissivity of Grade 91 Ferritic Alloy with Various Surface Conditions," Nuclear Technology, vol. 195, no. 1, pp. 87-97, 2016.[12] T. S. Hunnewell, et al., "total Hemispherical Emissivity of SS 316L with Simulated Very High Temperature Reactor Surface Conditions," Nuclear Technology, vol. 198, no. 3, pp. 293-305, 2017.[13] Al Zubaidi F. Total Hemispherical Emissivity of Reactor Pressure Vessel Candidate Materials: SS 316 L, SA 508, and A 387 Grade 91[D]. University of Missouri-Columbia, 2018.[14] Tompson Jr R V, Ghosh T K, Loyalka S K, et al. Long-term Prediction of Emissivity of Structural materials for High Temperature Reactor Systems[R]. Univ. of Missouri, Columbia, MO (United States), 2018.[15] Walton K L, Maynard R K, Ghosh T K, et al. Total Hemispherical Emissivity of Potential Structural Materials for Very High Temperature Reactor Systems: Alloy 617[J]. Nuclear Technology, 2019, 205(5): 684-693.[16] Al Zubaidi F N, Walton K L, Tompson R V, et al. Emissivity of Grade 91 ferritic steel: additional measurements on role of surface conditions and oxidation[J]. Nuclear Technology, 2021, 207(8): 1257-1269.[17] J. Gembarovic, "Total Hemispherical Emissivity of Thermocouple Sheaths, in A Report~Sandia National Laboratories," Thermophysical Properties Research Laboratory, Inc:, West Lafayette, IN, 2005.[18] A. L. Brundage, et al., "Thermocouple Response in Fires, Part 1: Considerations in Flame Temperature Measurements by a Thermocouple," Journal of Fire Sciences, vol. 29, no. 3, pp. 195-211, 2011.[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][align=center][/align][align=center][img=发射率(Emissivity),690,316]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109201556153448_487_3384_3.jpg!w690x316.jpg[/img][/align][align=center][/align]

  • 超高温3000℃热物理性能测试中的红外测温计在线校准

    超高温3000℃热物理性能测试中的红外测温计在线校准

    [color=#990000]摘要:本文将针对超高温3000℃热物性测试中红外测温仪的在线校准,提出了采用高温固定点的在线校准方法,介绍了用于超高温条件下的几种固定点,并针对典型超高温测试设备描述了具体固定点单元形式和校准实施方法。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]一、在线校准的必要性[/color][/size] 在超高温1500~3000℃范围内的材料热物理性能测试中,普遍使用非接触式红外测温仪进行样品温度测量。温度测量精度决定了热物性参数的测量准确性,所以红外测温仪要定期进行校准。但在实际使用中,校准过的红外测温仪还存在以下几方面因素对温度测量精度带来影响: (1)如在激光闪光法热扩散系数和热膨胀系数等测试设备中,测温仪一般直接测量样品表面温度,但往往测温仪的焦点位置并未与样品测温面重合,或测温仪的对准没有完全集中在样品上,而是部分聚焦在靠近样品周围的部分样品支架上,这些测温仪的轻微错位都会导致温度测量出现重大误差。 (2)如在超高温下落式量热计比热容测试设备中,很多时候测温仪是对装有被测物的样品盒表面温度进行测量,样品盒的表面温度与内部被测样品的实际温度还有一定差别,测温仪获得的并不是样品的真实温度。 (3)红外测温仪普遍对被测物表面的发射率比较敏感,如果没有进行特殊的黑体空腔处理,对于未知发射率表面的温度测量则很难测准。 (4)超高温下的温度测量,红外测温仪一般需要透过加热炉光学观察窗和内部保护气体监测温度,光学窗口和气体的透射率通常是未知的,并且可能会随着加热炉使用过程中蒸发材料的沉积而演变。 由此可见,在实际应用中,为了保证温度测量的准确性,需要对红外测温仪进行现场校准,而不仅仅是将它们从实验装置中取出进行定期校准。 本文将针对超高温3000℃热物性测试中红外测温仪的在线校准,提出采用高温固定点的在线校准方法,还将介绍用于超高温条件下的几种固定点,并针对典型超高温测试设备说明具体固定点单元形式和校准实施方法。[size=18px][color=#990000]二、高温固定点在线校准方法[/color][/size] 高温固定点在线校准方法是一种典型的对比法,原理是基于准确已知被测样品温度来校准接触和非接触式测温仪。具体方法是按照被测样品的外形测试和外表材质制作固定点单元,然后将固定点单元作为被测样品进行升温和升降试验,通过对已知的固定点标准温度与测温仪的测量值进行对比,达到对红外测温仪进行校准的目的。 固定点是国际温标中规定的可复现的平衡温度,是纯物质的三相点、沸点和凝固点,固定点都是根据物质的相变过程实现的,所选用的固定点绝大部分都是纯物质的变相点。 ITS-90温标在-189.3442℃~961.78℃温度范围共有九个定义固定点,分别为:纯银、纯铝、纯锌、纯锡、纯铟五个固定点,水、汞、氩三个三相固定点 以及镓熔点。 高温固定点是一系列金属的碳共晶与碳包晶固定点,主要有Pd-C(1492℃)、Rh-C(1657℃)、Pt-C(1738℃)、Ru-C(1954℃)、Ir-C(2292℃)、Re-C(2474℃)、WC-C(2749℃)和HfC-C(3185℃),由此可覆盖1500℃ 至3200℃范围内的红外测温仪在线校准。[size=18px][color=#990000]三、高温固定点单元[/color][/size] 固定点单元是一种样品尺寸大小的坩埚,坩埚内通过熔融灌装或直接镶入的方法植入了固定点材料。高温固定点单元要求满足以下几方面条件: (1)耐高温,且高强度避免损坏; (2)只有纯度最高的材料金属和石墨,不能有其他杂质; (3)外形尺寸与被测样品一致,且密封严紧避免熔液泄露; (4)集成有黑体空腔,降低发射率影响; (5)整体结构设计和布局要保证温度的均匀分布。 针对超高温热物性测试中的红外测温仪在线校准,需要根据相应的样品摆放形式和尺寸采用不同结构的固定点单元,如在各种超高温3000℃热物理性能测试设备中,样品的摆放主要有立式和卧式两种结构,那么就需要采用相应不同结构的高温固定点单元。 在很多超高温3000℃激光闪光法热扩散系数和下落式量热计比热容测试设备中,样品是立式摆放形式,红外测温仪一般从下至上或从上至下对样品的底部或顶部进行测温,相应的固定点单元结构如图1所示。固定点主体和端帽为高纯石墨,图中的多个长孔内浇灌固定点材料,或直接插入固定点材料细棒,图1(a)中左侧的黑体空腔朝向红外测温仪。[align=center][img=红外测温仪在线校准,690,170]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201060915316401_7706_3384_3.jpg!w690x170.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图1 立式结构高温固定点单元:(a)主体剖面图;(b)主体顶视图;(c)端帽剖面图;(d)端帽顶视图[/color][/align][align=left][/align][align=left] 对于一些样品是卧式摆放形式的超高温3000℃热物性测试设备,如热辐射性能以及顶杆式和光学热膨胀仪,红外测温仪或高温热电偶一般在样品的水平方向上进行测温,相应的固定点单元结构如图2所示,固定点材料一般是直接熔灌入石墨坩埚内。图中的黑体孔对准红外测温仪,也可以插入被校热电偶。[/align][align=left][/align][align=center][color=#990000][img=红外测温仪在线校准,500,327]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201060916391456_3774_3384_3.jpg!w690x452.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 卧式结构高温固定点单元[/color][/align][size=18px][color=#990000]四、采用固定点在线校准过程[/color][/size] 在超高温热物性测试设备中采用固定点进行红外测温仪或热电偶在线校准的过程,首先是确定需要校准的温度测量范围,并选择不同的标准温度固定点单元尽可能的覆盖此温度范围,然后分别采用相应的固定点单元单独进行校准。 在每个固定点单元校准时,首先是用固定点单元代替被测样品,然后以低速率加热至固定点温度10℃以上并恒温,恒温一段时间后再以低速进行降温。在整个升降温过程中被校温度计连续测量温度,并将测量值随时间的变化曲线识别固定点单元的相变温度。图3示出了温度计测量纯铜固定点熔化和凝固过程的原始温度变化曲线。[align=center][color=#990000][img=红外测温仪在线校准,600,353]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201060917182923_7753_3384_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 采用纯铜固定点单元在线校准升降温过程[/color][/align] 得到随时间变化的原始温度变化曲线后,对原始曲线进行一阶微分和二阶微分处理得到相应的微分曲线。根据一阶微分曲线中的极大值点可确定第一起始点和第一终止点,根据二阶微分曲线可确定第二起始点和第二终止点。基于得到的四个温度位置点,可最终确定原始温度变化曲线中在此加热速率下固定点单元熔化温度的测量值,此测量值与固定点标准值相差就是校准值。 为了减小升降温速率对校准精度的影响,可采用不同升降温速度进行更精确的校准,即采用不同的加热冷却速率进行加热冷却,得到不同速率下的校准值(测温仪误差),将此温度误差外推至加热或冷却速率为零的情况。[size=18px][color=#990000]五、总结[/color][/size] 综上所述,高温固定点技术可为各种超高温3000℃热物理性能测试设备中的温度测量提供全温区范围内的准确校准,而且高温固定点技术具有良好的重复性、再现性和长期稳定性,并可溯源到国际温标,由此彻底解决了超高温热物性测试中一直困扰着的温度测量准确性评估难题,为材料高温热物理性能准确测量提供了可靠的技术保障。[align=center]=======================================================================[/align]

  • 【资料】温度测量仪

    温度测量仪表是测量物体冷热程度的工业自动化仪表。最早的温度测量仪表,是意大利人伽利略于1592年创造的。它是一个带细长颈的大玻璃泡,倒置在一个盛有葡萄酒的容器中,从其中抽出一部分空气,酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时,细颈内的酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩而随之升降,因而酒面的高低就可以表示温度的高低,实际上这是一个没有刻度的指示器。1709年,德国的华伦海特于荷兰首次创立温标,随后他又经过多年的分度研究,到1714年制成了以水的冰点为32度、沸点为212度、中间分为180度的水银温度计,即至今仍沿用的华氏温度计。1742年,瑞典的摄尔西乌斯制成另一种水银温度计,它以水的冰点为100度、沸点作为 0度。到1745年,瑞典的林奈将这两个固定点颠倒过来,这种温度计就是至今仍沿用的摄氏温度计。早在1735年,就有人尝试利用金属棒受热膨胀的原理,制造温度计,到18世纪末,出现了双金属温度计;1802年,查理斯定律确立之后,气体温度计也随之得到改进和发展,其精确度和测温范围都超过了水银温度计。1821年,德国的塞贝克发现热电效应;同年,英国的戴维发现金属电阻随温度变化的规律,这以后就出现了热电偶温度计和热电阻温度计。1876年,德国的西门子制造出第一支铂电阻温度计。很早以前,人们在烧窑和冶锻时,通常是凭借火焰和被加热物体的颜色来判断温度的高低。据记载,1780年韦奇伍德根据瓷珠在高温下颜色的变化,来识别烧制陶瓷的温度,后来又有人根据陶土制的熔锥在高温下弯曲变形的程度,来识别温度。辐射温度计和光学高温计是20世纪初,维思定律和普朗克定律出现以后,才真正得到实用。从60年代开始,由于红外技术和电子技术的发展,出现了利用各种新型光敏或热敏检测元件的辐射温度计(包括红外辐射温度计),从而扩大了它的应用领域。各种温度计产生的同时就规定了各自的分度方法,也就出现了各种温标,如原始的摄氏温标、华氏温标、气体温度计温标和铂电阻温标等 。为了统一温度的量值,以达到国际通用的目的,国际权度局最早规定以玻璃水银温度计为基准仪表,统一用摄氏温标。后经数次改革,到1927年改用以热力学温度为基础、以纯物质的相变点为定义固定点的国际温标 ,以后又经多次修改完善。国际现代通用的温标是1967年第13次国际权度大会通过的 ,1968年国际实用温标。它以13个纯物质的相变点,如氢三相点,即氢的固、液、气三态共存点(-259.34℃);水三相点(0.01℃)和金凝固点(1064.43℃)等,作为定义固定点来复现热力学温度的。中间插值在-259.34~630.74℃之间 ,用基准铂电阻;在630.74~1064.43℃之间,用基准铂铑-铂热电偶;在1064.43℃以上用普朗克公式复现。一般的温度测量仪表都有检测和显示两个部分。在简单的温度测量仪表中,这两部分是连成一体的,如水银温度计;在较复杂的仪表中则分成两个独立的部分,中间用导线联接,如热电偶或热电阻是检测部分,而与之相配的指示和记录仪表是显示部分。按测量方式,温度测量仪表可分为接触式和非接触式两大类。测量时,其检测部分直接与被测介质相接触的为接触式温度测量仪表;非接触温度测量仪表在测量时,温度测量仪表的检测部分不必与被测介质直接接触,因此可测运动物体的温度。例如常用的光学高温计、辐射温度计和比色温度计,都是利用物体发射的热辐射能随温度变化的原理制成的辐射式温度计。由于电子器件的发展,便携式数字温度计已逐渐得到应用。它配有各种样式的热电偶和热电阻探头,使用比较方便灵活。便携式红外辐射温度计的发展也很迅速,装有微处理器的便携式红外辐射温度计具有存贮计算功能,能显示一个被测表面的多处温度 ,或一个点温度的多次测量的平均温度、最高温度和最低温度等。此外,现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表,如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表;采用热象扫描方式的热象仪,可直接显示和拍摄被测物体温度场的热象图, 可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布,对于节能非常有益;另外还有利用激光,测量物体温度分布的温度测量仪器等。

  • 高温设备找哪家单位校准合适

    我们实验室是浙江的,主要做耐火材料检测的,有很多高温设备需要校准,设备有高温抗折,热膨胀仪,导热仪,热重分析仪,重烧试验炉,中温炉,光学高温检测仪等,有可以校准的实验室介绍给我啊,谢谢大家!

  • 温度测量仪表的发展史

    最早的温度测量仪表,是意大利人伽利略于1592年创造的。它是一个带细长颈的大玻璃泡,倒置在一个盛有葡萄酒的容器中,从其中抽出一部分空气,酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时,细颈内的酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩而随之升降,因而酒面的高低就可以表示温度的高低,实际上这是一个没有刻度的指示器。其类别主要有华氏温度计、摄氏温度计、双金属温度计、铂电阻温度计等。  辐射温度计和光学高温计是20世纪初,维思定律和普朗克定律出现以后,才真正得到实用。从60年代开始,由于红外技术和电子技术的发展,出现了利用各种新型光敏或热敏检测元件的辐射温度计(包括红外辐射温度计),从而扩大了它的应用领域。  各种温度计产生的同时就规定了各自的分度方法,也就出现了各种温标,如原始的摄氏温标、华氏温标、气体温度计温标和铂电阻温标等 。为了统一温度的量值,以达到国际通用的目的,国际权度局最早规定以玻璃水银温度计为基准仪表,统一用摄氏温标。后经数次改革,到1927年改用以热力学温度为基础、以纯物质的相变点为定义固定点的国际温标 ,以后又经多次修改完善。

  • 【高温试验箱】潜艇潜望镜环境试验方法之高温贮存试验

    潜艇潜望镜环境试验方法之高温贮存试验方法如下: 试验目的:验证潜艇潜望镜在高温条件下贮存的适应性。 试验条件:试验温度:40、50、60℃;试验时间:2、4、8h;相对湿度:小于50%;温升速率:小于10℃/h。 试验设备:1、包括试验室、监控试验条件的温度传感器等;2、为了保持试验温度的均匀性,可采用强迫空气循环,但被试产品周围的空气流速不应超过1.7m/s。 试验程序: 1、预处理:将干燥好的被试产品放置在试验标准大气条件下,直至达到温度稳定,保温时间,按产品技术条件规定。 2、初始检测:在高温贮存试验之前,应对被试产品的机械性能、电性能和光学特性进行检测,对外表面的精饰层进行外观检查,并记录检查结果。 3、试验:将被试产品以水平状态放置在试验室内,在相对湿度不大小50%的试验条件下,将高温试验箱温度缓慢地升至规定的贮存试验温度,待温度稳定后,保温2h或4h、8h。 4、恢复:试验结束后,在试验室内对产品进行恢复,直至高温试验箱温度恢复到试验标准大气条件为止。等产品温度稳定后,将被试产品移出高温试验箱。 5、最后检测:产品恢复后,按照产品技术条件或按合同要求,对产品电性能、机械性能、光学特性有关项目及外观进行检查。 注:以上潜艇潜望镜的高温贮存试验方法是摘自标准GB1214中的规定。

  • 【转帖】温度测量仪

    温度测量仪表是测量物体冷热程度的工业自动化仪表。最早的温度测量仪表,是意大利人伽利略于1592年创造的。它是一个带细长颈的大玻璃泡,倒置在一个盛有葡萄酒的容器中,从其中抽出一部分空气,酒面就上升到细颈内。当外界温度改变时,细颈内的酒面因玻璃泡内的空气热胀冷缩而随之升降,因而酒面的高低就可以表示温度的高低,实际上这是一个没有刻度的指示器。1709年,德国的华伦海特于荷兰首次创立温标,随后他又经过多年的分度研究,到1714年制成了以水的冰点为32度、沸点为212度、中间分为180度的水银温度计,即至今仍沿用的华氏温度计。1742年,瑞典的摄尔西乌斯制成另一种水银温度计,它以水的冰点为100度、沸点作为 0度。到1745年,瑞典的林奈将这两个固定点颠倒过来,这种温度计就是至今仍沿用的摄氏温度计。早在1735年,就有人尝试利用金属棒受热膨胀的原理,制造温度计,到18世纪末,出现了双金属温度计;1802年,查理斯定律确立之后,气体温度计也随之得到改进和发展,其精确度和测温范围都超过了水银温度计。1821年,德国的塞贝克发现热电效应;同年,英国的戴维发现金属电阻随温度变化的规律,这以后就出现了热电偶温度计和热电阻温度计。1876年,德国的西门子制造出第一支铂电阻温度计。很早以前,人们在烧窑和冶锻时,通常是凭借火焰和被加热物体的颜色来判断温度的高低。据记载,1780年韦奇伍德根据瓷珠在高温下颜色的变化,来识别烧制陶瓷的温度,后来又有人根据陶土制的熔锥在高温下弯曲变形的程度,来识别温度。辐射温度计和光学高温计是20世纪初,维思定律和普朗克定律出现以后,才真正得到实用。从60年代开始,由于红外技术和电子技术的发展,出现了利用各种新型光敏或热敏检测元件的辐射温度计(包括红外辐射温度计),从而扩大了它的应用领域。各种温度计产生的同时就规定了各自的分度方法,也就出现了各种温标,如原始的摄氏温标、华氏温标、气体温度计温标和铂电阻温标等 。为了统一温度的量值,以达到国际通用的目的,国际权度局最早规定以玻璃水银温度计为基准仪表,统一用摄氏温标。后经数次改革,到1927年改用以热力学温度为基础、以纯物质的相变点为定义固定点的国际温标 ,以后又经多次修改完善。国际现代通用的温标是1967年第13次国际权度大会通过的 ,1968年国际实用温标。它以13个纯物质的相变点,如氢三相点,即氢的固、液、气三态共存点(-259.34℃);水三相点(0.01℃)和金凝固点(1064.43℃)等,作为定义固定点来复现热力学温度的。中间插值在-259.34~630.74℃之间 ,用基准铂电阻;在630.74~1064.43℃之间,用基准铂铑-铂热电偶;在1064.43℃以上用普朗克公式复现。一般的温度测量仪表都有检测和显示两个部分。在简单的温度测量仪表中,这两部分是连成一体的,如水银温度计;在较复杂的仪表中则分成两个独立的部分,中间用导线联接,如热电偶或热电阻是检测部分,而与之相配的指示和记录仪表是显示部分。按测量方式,温度测量仪表可分为接触式和非接触式两大类。测量时,其检测部分直接与被测介质相接触的为接触式温度测量仪表;非接触温度测量仪表在测量时,温度测量仪表的检测部分不必与被测介质直接接触,因此可测运动物体的温度。例如常用的光学高温计、辐射温度计和比色温度计,都是利用物体发射的热辐射能随温度变化的原理制成的辐射式温度计。由于电子器件的发展,便携式数字温度计已逐渐得到应用。它配有各种样式的热电偶和热电阻探头,使用比较方便灵活。便携式红外辐射温度计的发展也很迅速,装有微处理器的便携式红外辐射温度计具有存贮计算功能,能显示一个被测表面的多处温度 ,或一个点温度的多次测量的平均温度、最高温度和最低温度等。此外,现代还研制出多种其他类型的温度测量仪表,如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表;采用热象扫描方式的热象仪,可直接显示和拍摄被测物体温度场的热象图, 可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布,对于节能非常有益;另外还有利用激光,测量物体温度分布的温度测量仪器等。

  • 【分享】光学计的特征及应用

    光学计属于精密光学机械长度计量仪器。光学计是应用光学自准直原理测量微差尺寸的长度计量仪器,是一种用标准器以比较法测量工件的尺寸。光学计结构设计紧凑、外型尺寸小巧、便于运输,可对五等量块、量棒、钢球、线形及平行平面状精密量具和零件的外型尺寸作精密测量。 光学计是一种采用量块或标准零件与试件相比较的方式测量物体外形尺寸的仪器。光学计采用腊屏新技术,附加读数放大镜、视场亮度匀称、像质清晰;光学计具有测量精度高、数据稳定可靠,对于小尺寸精密零件的检测方便快捷;光学计能够一机两用,将投影光学计镜管取下装在机床上,可直接控制加工尺寸。 光学计主要用于五等精度量块,一级精度柱型规及各种圆柱形、球形、线形等物体的直径或板形物体的厚度的精密测量,对被测件作微小位移测量。光学计对工件的直径或样板工件的厚度以及外螺纹的中径均能作比较。光学计广泛应用于工厂计量室、车间检定站或制造量具、工具与精密零件车间。

  • 如何实现光学仪器自动化、光电化未来发展趋势

    随着我国仪器仪表行业的迅猛发展,光学仪器也出现了的新的发展。目前我国光学仪器在物理学新效应和高新技术的推动下,有了新的探索和发展。 目前,计量测试仪器、物理学测试仪器、地学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器、无损材料检验仪器的研发都十分重视高温超导量子干涉器(SGUID)技术的应用。同时光纤、光学玻璃等检测,也逐渐应用到椭偏技术。 未来我国光学仪器将逐渐向自动化、光电化发展。目前三座标测量机、自准直仪和投影仪等光学计量仪器已经在微机化、光电化发展中取得了良好的成效。未来更多的新光电器件、新功能材料的开发,将进一步促进光学仪器的光电化发展。同时CCD器件、半导体激光器、光纤传感器等技术的发展也在推动着光学仪器的变革,使光学仪器更加微机化、光电化、自动化以及高精确化。

  • 【资料】【光学玻璃】 -- 知识图解

    【资料】【光学玻璃】 --  知识图解

    光学玻璃是制造光学镜头、光学仪器的主要材料。光学玻璃必须有高度精确的折射率、阿贝数和高透明度、高均匀度。 光学玻璃是用高纯度硅、硼、钠、钾、锌、铅、镁、钙、钡等的氧化物按特定配方混合,在白金坩埚中高温融化,用超声波搅拌均匀,去气泡;然后经常时间缓慢地降温,以免玻璃块产生内应力。冷却后的玻璃块,必须经过光学仪器测量,检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格。合格的玻璃块经过加热锻压,成光学透镜毛胚。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2007/01/200701071054_37965_1604910_3.jpg[/img] [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2007/01/200701071054_37966_1604910_3.jpg[/img]有色光学玻璃有上百种不同光谱曲线,可提供标准的光谱200纳米到2500纳米范围内的光学滤光片。

  • 温度的测量

    原理热膨胀:玻璃管温度计,双金属温度计,压力式温度计电阻变化:热电阻 半导体温度计热电偶:铜-康铜温度计 ,铂-铂铑温度计热辐射:辐射式高温计其它:射流测温、涡流测温、激光测温等

  • 几何光学和光学设计

    【题名】: [b]几何光学和光学设计 王子余 著 浙江大学出版社 1989[/b]【链接】: https://www.qianqiantushu.com/ebook/449970.html

  • 自夹持高温引伸计

    用于高温炉和感应加热系统。采用爱普森独有的自我夹持设计。可提供适合多种试验要求的可选件。适用于在高温炉和感应加热系统产生的高温下测量金属、陶瓷和复合材料的变形。比其它高温引伸计更便于使用,性能更加优良。用很轻的柔性陶瓷纤维线将引伸计固定在试样上。这样引伸计就自我夹持在试样上。不需要高温炉安装支架。大多数侧面开口的材料试验用高温炉很容易安装这种引伸计。对感应加热系统,陶瓷线的不同放置可令引伸计轻易穿过感应圈。由于辐射热防护罩和对流冷却散热片的作用,可允许引伸计用于试样温度达1200℃的环境中,并且无需冷却。可选配的小风扇可提高引伸计在最高温度时的稳定性,所以推荐在要求高精度和小延伸率试验时使用。风扇有磁性底座,可放在靠近引伸计的方便位置。感应加热系统无需风扇冷却。使用高纯度的矾土(最小99.7%)陶瓷棒。可根据高温炉的要求选择合适的长度。拉伸、压缩和循环试验(低周疲劳)应变测量可用一个引伸计来完成。对真空炉来说,可提供水冷却引伸计。也可提供辐射热传递冷却型引伸计。这要求引伸计模块被水槽包住,在水槽前面给陶瓷杆留个缺口。

  • 热分析仪器的基本结构单元

    热分析技术根据被测物理量的物理性质来分共有九大类、l7种方法。所组成的热分析仪器就更多了。通常热分析仪器由程序温度控制器、炉体、物理量检测放大单元、微分器、气氛控制器、显示和打印以及计算机数据处理系统7部分组成。其框图如下图所示。http://images.admin5.com/forum/201305/13/095602ulqzdgqrzt0lacnl.jpg (1)程序温度控制器 它是使试样在一定温度范围内进行等速升温、降温和恒温。通常使用的升温速率为10℃/min或20℃/min。而程序温度速率可为0.01~999℃/min。近代程序温控仪大多由微机完成程序温度的编制、热电偶的线性化、PID调节以及超温报替等功能。 (2)炉体部分 它是使试样在加热或冷却时得到支撑。炉体部分包括加热元件、耐热瓷管、试样支架、热电偶以及炉体可移动的机械部分等。炉体的温度范围最低为-269℃(液氨制冷),最高可达2800℃(在高真空下用石墨管或钨管加热,用光学高温计测温)。炉体内的均温区要大,试样放在均温区中。因为试样各部分的温度是否均匀对热分析的结果有一定的影响。 (2)炉体部分 它是使试样在加热或冷却时得到支撑。炉体部分包括加热元件、耐热瓷管、试样支架、热电偶以及炉体可移动的机械部分等。炉体的温度范围最低为-269℃(液氨制冷),最高可达2800℃(在高真空下用石墨管或钨管加热,用光学高温计测温)。炉体内的均温区要大,试样放在均温区中。因为试样各部分的温度是否均匀对热分析的结果有一定的影响。 (3)物理量检测放大单元 热分析仪器必须能随试样温度的变化及时而准确地检测试样的某些物理性质。由于绝大多数被测物理量是非电量,它们的变化往往又是很微小的,为了及时而准确地检测它们,需要把这些非电量转换成电量,加以放大,再通过定标计算出被测参数。差示测量方式可以提高测量的灵敏度和准确度,因此应用得很普遍。非电量转变为电量可以通过各种传感器来完成。例如称重传感器、位移传感器、光电传感器、热电偶传感器、声电传感器等。物理量的检测系统是各种热分析仪器的核心,也是区分各种热分析仪器的本质部分,它的性能是衡量热分析仪器水平的一个重要标志。 (4)微分器 它是把非电量传感器的放大信号经过一次微分(导数),从微分(对时间)曲线中可以更明显地看出放大信号的拐点、最大斜率等。 (5)气氛控制器 热分析仪器对试样所处的气氛条件有各种要求,因此,大多热分析仪器备有气氛控制系统。热分析对气氛条件的要求有如下原因。 ①高温下试样可能在空气中被氧化而完全改变原来的特性,故要求在真空或惰性气氛下升温,或在某种反应气氛下升温。 ②热分析与其他分析技术联用时,要求把热分析过程中所产生的气相产物利用流动载气送出。 ③要求有适当的气路把热分析过程中所产生的腐蚀性气体或有毒气体排出。 ④相当的热分析课题是研究气氛的种类、压力、流动速率以及活性程度等对热分析结果的影响。热分析仪器按气氛条件可分为高真空型、低真空型、常压型、高压型、静态型和流动型等。 (6)计算机数据处理系统 近年来,由于计算机的快速发展、软件的不断完善,大大推动了数据处理系统。首先把采集来的数据进行各种方法的滤波平滑;然后,应用软件对标准物质进行温度校正和焓变校正、长度校正、质量校正以及基线背景线的扣除等。应用软件求取试样的焓变值、熔点、晶相转变温度、玻璃化转变温度、试样成分的组成、膨胀系数等。还有一些软件需要对数学公式进行分析、简化,适合于热分析应用。例如动力学参数的求取、药品纯度的求取。 (7)显示和打印 它是把热分析曲线及其处理结果在显示屏上显示出来,并用彩色喷墨机或激光打印机打印出来。同时在显示屏上用鼠标进行各种操作。

  • 汽车工程领域非接触三维光学测量系统技术

    汽车工程领域非接触三维光学测量系统技术

    1-1 系统介绍三维光学非接触式应变位移振动综合测量系统分为三维光学应变测量系统和三维动态变形测量系统两个部分。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607051411_599282_3024107_3.png http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607051411_599283_3024107_3.png 图1 三维应变测量头 图2 动态变形测量头三维光学应变测量系统主要通过数字散斑相关法和双目立体视觉技术结合,追踪物体表面散斑点,实时测量各个变形阶段的散斑图像,通过算法重建三维坐标,最终实现快速、高精度、实时、非接触的三维应变测量。(全场或局部应变)动态变形测量系统基于双目立体视觉技术,采用两个高速摄像机实时采集被测物体变形图像,利用准确识别的标志点(包括编码标志点和非编码标志点)实现立体匹配,重建出物体表面点三维空间坐标,并计算得到物体变形量、三维轨迹姿态等数据。(关键点振动位移)三维光学应变测量系统和动态变形测量系统可以根据实验情况单独使用,也可以合并成综合测量系统使用。1-2与传统方法对比 三维光学测量方法传统测量方法(如位移计、应变片、引伸计等)测量方式非接触式测量,不对被测物体造成干扰与影响。接触式测量,易打滑,不容易固定,试件断裂容易破坏引伸计。测量对象适用于任何材质的对象。测量尺寸范围广,从几毫米到几米。适用于常规尺寸对象测量,特殊材料无法测量,小试样无法测量,大试样需要多贴应变片。测量范围应变测量范围:0.01%~1000%。应变测量范围:应变片通常小于5%,引伸计小于50%。环境要求环境要求低,可在高温、高速、辐射条件下测量。一般适用常规条件测量。测量结果全场多点、多方向测量,同时获得三维坐标、三维位移及应变。单点、单方向测量。三维测量需要多个应变片,效率低。1-3 系统技术参数 指标名称技术指标1. 核心技术工业近景摄影测量、数字图像相关法2. 测量结果三维坐标、全场位移及应变3. 测量幅面支持4mm-4m范围的测量幅面,更多测量幅面可定制4. 测量相机支持百万至千万像素相机,支持低速到高速相机,支持千兆网和Camera Link等多种相机接口5. 相机标定支持任意数目相机的同时标定,支持外部图像标定6. 位移测量精度0.01pixel7. 应变测量范围0.01%-1000%8. 应变测量精度0.005%9. 测量模式兼容二维及三维变形测量10. 实时测量采集图像的同时,实时进行全场应变计算11. 多测头同步测量支持多相机组同步测量,相机数目任意扩展,可同步测量多个区域的变形应变12. 动态变形模块具备圆形标志点动态变形测量功能13. 轨迹姿态测量模块具备刚体物体运动轨迹姿态测量功能14. 试验机接口接通后实时同步采集试验机的力、位移等信号15. FLC接口配合杯突试验机进行Nakazima试验,可以测得材料的FLC成形极限曲线16. 显微应变测量配合双目体式显微镜,可实现微小型物体的三维全场变形应变检测17. 64位软件软件采用64位计算,速度更快18. 系统兼容性支持32位和64位Windows操作系统2 系统应用于汽车振动强度实验室2-1 振动强度实验室介绍振动强度试验室,主要开展对汽车整车,总成,零部件,或者材料的强度,耐久性,疲劳特性,以及可靠性等问题的研究,试验,考核,或者评估。三维应变位移振动综合测量系统在振动强度试验室里具备以下的功能:(1)采集相关的振动、位移和变形数据;(2)作为前期信号分析的软件和硬件;(3)进行必要的试验控制和试验后期数据分析系统。2-2 汽车振动测量常规配合使用设备振动模拟实验系统:电动式振动试验台,机械式试验台,电液伺服试验机系统,道路模拟试验台,吊车(一般5~10吨、小型3吨以下、大型10吨以上)等。振动数据采集传统产品:传感器、应变片、放大器等。2-3系统在汽车振动实验室中应用的相关实验采集测量系统:三维应变位移振动综合测量系统。配合使用系统:振动模拟实验系统。实现功能1—耐振性能试验。测试车辆或者零部件系统的减振,耐振性能。模拟振动环境,通过非接触的光学方法,测量振动和位移,从而对车辆的振动性能进行分析。应用包括:发动机振动模态分析,车门振动实验,座椅振动测量分析等。实现功能2—耐久可靠试验。考核车辆和零部件的强度、抗疲劳特性和可靠性指标。应用包括:车身结构强度实验(测量区域振动或者关键点变形),汽车座椅分级加载实验,汽车轮胎受力变形实验等。3 系统应用于汽车材料实验室3-1 汽车材料实验室介绍汽车材料试验室,主要开展对汽车新型材料及相关基础性工作的研究和探索。三维应变位移振动综合测量系统在材料试验室里一般有以下的基本功能:(1)汽车材料常规力学性能方面的测试,得到各种工况下的应变变形;(2)汽车材料焊接的应变变化情况测量;(3)板料成形应变及板料成形极限曲线测量。3-2 汽车材料试验常规配合使用设备力学实验系统:高温蠕变试验机、扭转试验机、疲劳试验机、杯突试验机等。焊接相关设备:焊枪、焊机等。3-3 系统在汽车材料实验室中应用的相关实验采集测量系统:三维应变位移振动综合测量系统。配合使用系统:力学实验系统、焊接相关设备。实现功能1—材料应变变形测量实验。通过对材料进行常规的拉压弯等实验,进行相关材料的力学性能测定。应用包括:金属材料拉伸实验,复合材料大变形测量,碳纤维材料实验等。实现功能2—汽车焊接相关试验。考核汽车相关焊接实验的应变和变形。应用包括:焊接全场应变测量,高温焊接变形测量等。实现功能3—板料成形相关实验。板料成形过程中的全场应变变形测量和板料成形极限曲线(配合杯突试验机)。应用包括:板料成形应变实验、板料成形极限曲线测定实验。4 系统在汽车工程研究方面典型实验案例展示4-

  • 【资料】煤质化验知识、煤质化、测定煤灰熔融性设备的技术要求

    测定煤灰熔融性设备的技术要求按国家标准GB219—74规定要求,应用硅碳管高温炉应满足有足够大的恒温区,恒温区内温差应不大于5℃;能按照规定的温升速度升温至1500℃;炉内气氛能方便控制为弱还原性或氧化性;能在试验过程中随时观察试样的变化情况;电源要有足够容量,可连续调压。铂铑—铂热电偶及高温计,测温范围为0~1600℃,最小分度为5K,经校正后(半年校正一次)使用,热电偶要用气密性刚玉管保护,防止热端材质变异。灰锥模子,由对称的两半块构成的黄铜或不锈钢制品。灰锥托板模,由模座、垫片和顶板三部分构成,用硬木或其他坚硬材料制做。常量气体分析器,可测定一氧化碳、二氧化碳和氧气含量。

  • 光学仪器做高低温湿热试验应包括哪些内容?

    光学仪器做高低温湿热试验应包括以下内容: 1、环境试验标记; 2、放入高低温交变湿热试验箱试样数量; 3、散热试样试验时,温度传感器的数量、位置及安装方法; 4、条件试验方法10、严酷等级09或10时,工作状态2说明测定一个置于开放的冷箱或冷箱外的试样的条件需求,以及防止试样结霜或露的条件要求; 5、选择条件试验方法12时是否允许凝露; 6、选择条件试验方法14、严酷等级04到09时,选择工作状态2的理由; 7、条件试验方法15:试验报告中应记录10kg以上的试样所需的实际温度渐变时间;在所有的严酷等级下选择工作状态2的说明; 8、选择条件试验方法16、严酷等级04到07时,应写明图4以外的相对湿度值; 9、预处理; 10、初始检测的内容和范围; 11、工作状态2:工作周期的确定; 12、工作状态2:中间检测的内容和范围; 13、恢复; 14、最后检测的内容和范围; 15、评价判据; 16、试验报告的内容和范围。 注:以上内容选自标准GB/T 12085.2-2010 光学和光学仪器 环境试验方法 第2部分:低温、高温、湿热

  • 【求助】求购:高温硬度计?

    单位要建立实验室,计划购买一台做 金属材料的高温硬度计 ,哪位高人指点下,选择哪个品牌的好些?国产和进口的均可,谢谢 !!!!

  • 【原创】光学振镜及其在分光光度计中的应用

    【原创】光学振镜及其在分光光度计中的应用

    [B]说明:[/B] 这个帖子是根据tutm发的“再谈分光光度计的发展趋势”和他给的一些文档及网络上收集的一些资料整理的,以方便大家比较系统的了解。大家可以跟贴讨论,我再整理。由于一个贴发不下,分了两贴。[B]一。光学振镜特点:[/B]光学振镜。这是一种高速扫描的器件,在激光打标设备上早已成熟应用。它机构简单体积小(根本不需要一大堆什么正弦机构之类),定位精度高(定位角偏差约2秒),扫描速度极快(ms级),成本也并不高。据有关资料介绍,核聚变中高速多波段紫外光谱检测已有使用。[B]二。光学振镜系统[/B](一)光学振镜工作原理(摘自文献1):振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一样 ,故振镜又叫电流计扫描器(galvanomet ric scanner) 。振镜扫描系统的原理图如下:[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902022136_130865_1786353_3.gif[/img][/center][center]图1 振镜扫描系统原理图[/center]图1中, a ,b 是振镜,通过转动振镜a和b可以使入射光束投影到XY平面的指定位置。具体x,y的坐标计算公式如下(符号如图1中所示):设 x 轴和y 轴反射镜之间的距离为e , y 振镜的轴线到视场平面坐标原点的距离为 d ,当 x , y 轴的光学偏转角分别为θx 和θy 时,视场平面上相应光点坐标为( x , y) ,且当 x = y = 0 时,θx =θy = 0 ,则[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902022137_130866_1786353_3.gif[/img][/center][center]图2 x ,y的坐标计算公式[/center]振镜a,b的偏转角θx 和θy与振镜a,b的控制电压Vx和Vy的关系为:θx = kx×Vxθy = ky×Vy其中,kx,ky是系数。所以通过控制Vx和Vy就可以控制振镜a,b的偏转角度。在网络上一篇文章里看到,有些振镜是由步进电机驱动的,那么V x和V y就是步进电机的控制电压。(二)光学振镜系统光学振镜系统是一种由驱动板与高速摆动振镜组成的一个高精度、高速度伺服控制系统。如图3所示。光学振镜系统一般是由位置传感器,位置区分器,误差放大器,功率放大器,处理器组成的闭环控制系统。如下图:[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902022137_130867_1786353_3.gif[/img][/center][center]图3 光学振镜系统[/center]其中的器件A为下图[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902022138_130868_1786353_3.gif[/img][/center][center]图4 图3中器件A的解剖图[/center]图中的spring load大概就是上面光学振镜原理里说的机械扭簧来施加复位力矩。注:图3和图4见参考文献3的第8部份,417页[B]三。光学振镜的参数[/B][center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902022139_130869_1786353_3.jpg[/img][/center][center]图5 光学振镜的参数[/center]图5给出了光学振镜的机械参数,电参数,位置检测器的参数可以看到, 光学振镜的转动角度最大是40度,这个影响光谱扫描的范围。 电参数中, 线圈驱动电流,RMS值为8.2A,峰值电流是25A, 好大啊。 一般检流计都是用于uA级的,这么大!这也许就是振镜系统输出力矩大的原因。 小角度阶跃响应时间,对12mm振镜是300uS, 其中settled to 99%不知道什么意思。它这个振镜的大小好像是根据入射光束的直径来区分的,也就是说不同的振镜,对入射光束有要求。在图5上面有这句话:typical beam diameters of 12mm, 15mm,20mm.....。 这也反映了,振镜的特点,扫描速度极快。 位置检测器参数中, 比例漂移(scale drift),50PPM/℃,不知道什么意思。 零点漂移(zero drift),15urad/℃,受温度的影响。 重复性 ,8 urad,这个应该决定了定位精度,算下来是1.5秒,所以定位精度高。这个参数也影响光谱分辨率。[B]四。光学振镜的应用[/B](一)光学振镜的应用光学振镜是一种很成熟的光路扫描器件,现在一些双光束分光光度计中有应用,主要用于光路切换,速度极快。工作时步进动作看上去象在高速振动,大概因此叫振镜吧。最成熟的应用是激光扫描,象舞台激光图案显示等演出场合。主贴下面的图片就是它的外形和驱动电路。本帖下面的图是它用于激光打标的原理图。[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902031829_131081_1786353_3.gif[/img][/center][center]图6外形和驱动电路[/center]注:图6中的控制电路就是图3中的servo amplifier。[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/02/200902022140_130871_1786353_3.jpg[/img][/center][center]图7激光打标的原理图[/center]

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