CS229965B1

CS229965B1 - Reference source of thermal radiation

Info

Publication number: CS229965B1
Application number: CS697481A
Authority: CS
Inventors: Jan Petrovsky; Oldrich Ambroz
Original assignee: Jan Petrovsky; Oldrich Ambroz
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1984-07-16

Abstract

Lez se týká referenčního zdroje r . n ve záření pro bezdotykové měření ’ ;ebo intezity záření řešeného , -_;c reprímo vyhřívaný zářič, jehož pod- » vc ;e, že teplotní zářič a/nebo topné ~éies' mé. na svém povrchu plazmově stříkaný povlak žáruvzdorného izolantu pevně vázaného k povrchu teplotního zářiče * a/nebo topného tělesa. Povlakyje jednovrstvý a stejnorodý nebo alespoň ze dvou vrstev stejného nebo odlišného složení.The invention relates to a reference source r . n in radiation for non-contact measurement of the intensity of radiation addressed , -_;c a directly heated radiator, the sub- » vc ;e of which the thermal radiator and/or heating element ~éies' mé. on its surface a plasma sprayed coating of a refractory insulator firmly bonded to the surface of the thermal radiator * and/or heating element. The coating is single-layer and homogeneous or at least two layers of the same or different composition.

Description

Vynález ee týká referenčního zdroje tepelného záření pro bezdotykové měřeni teploty nebo měření intenzity záření řešeného jako nepřímo vyhřívaný zářič.The invention relates to a reference source of thermal radiation for contactless temperature measurement or radiation intensity measurement designed as an indirectly heated radiator.

Nepřímo vyhřívaným zářičem ee rozumí zdroj tepelného záření, který obsahuje topné těleso, izolant a teplotní zářič·Indirectly heated emitter means a source of thermal radiation that contains a heater, insulator and temperature emitter ·

Teplotní zářič je vyhříván teplem prostupujícím přes izolant z topného tělesa.The heat emitter is heated by heat passing through the insulator from the heater.

Nepřímo vyhřívané zářiče známé konstrukce mají řečený izolant tvořený keramický* tělesem, ktéré nese elektricky zahřívané topné těleso.Indirectly heated emitters of known construction have said insulating material formed by a ceramic body carrying an electrically heated heating element.

Příkladem nepřímo vyhřívaného zářiče je známý dutinový zářič tvořený protáhlým válcovým tělesem ze žáruvzdorné oceli s hlubokou válcovou dutinou na jednom konci otevřenou otvorem v čele válce. V dutině jsou rozmístěny souosé kruhová clony, které zamezují tepelnému záření emitovanému stěnami dutiny v přímém výstupu otvorem dutiny. Těleso jo umístěno v trubkové peci a jo vyhříváno přes keramickou trubku, na níž je navinuto topné odporová vinutí. Tepelné záření vychází otvorem dutiny po mnohonásobném odrazu uvnitř dutiny. Za vyzařující plochu teplotního zářiče se považuje plocha otvoru dutiny.An example of an indirectly heated emitter is a known cavity emitter consisting of an elongated cylindrical body of refractory steel with a deep cylindrical cavity at one end open through an aperture in the cylinder face. Coaxial circular apertures are disposed within the cavity to prevent thermal radiation emitted by the walls of the cavity from being directly output through the cavity opening. The body is placed in a tube furnace and heated through a ceramic tube on which the heating resistance windings are wound. Thermal radiation is emitted through the opening of the cavity after multiple reflection within the cavity. The radiating area of the heat emitter is considered to be the area of the cavity opening.

Dalším příkladem je referenční zdroj tepelného záření podle ČSSR AO 190 760, kde teplotním zářičem je vyzařovací terč ze žáruvzdorného materiálu spojený s elektricky zahřívaným keramickým topným tělesem tvořeným soustavou keramických prvků.Another example is a reference source of thermal radiation according to CSR AO 190 760, wherein the heat emitter is a radiation target of a refractory material associated with an electrically heated ceramic heater formed by a set of ceramic elements.

U nepřímo vyhřívaných zářičů dosud známé konstrukce se jen velmi obtížně dosahuje rovnoměrného rozložení teploty po ploše teplotního zářiče pro nízkou tepelnou vodivost keramického tělesa, jakož i špatný přestup tepla z keramického tělesa do teplotního zářiče. V důsledku ztíženého vedení tepla keramikou vzniká mezi vyzařujícím povrchem teplotního zářiče a topný* tělesem velký teplotní spád· Materiál topného tělesa je značně tepelně namáhán, takže například pro referenční zdroj tepelného záření β provozní teplotou teplotního zářiče asi 1200 K a vyšší, je nutno topnéIn the indirectly heated radiators of the prior art, it is very difficult to achieve uniform temperature distribution over the surface of the radiator because of the low thermal conductivity of the ceramic body, as well as poor heat transfer from the ceramic body to the thermal radiator. Heavy heat conduction leads to a large temperature gradient between the radiating surface of the heat emitter and the radiator. · The radiator material is highly thermally stressed, so for example for a reference heat source β operating temperature of the radiator about 1200 K and higher

229 965 vinutí zhotovit z drahé slitiny platiny a rhodia.229 965 windings made of precious platinum-rhodium alloy.

Keramické těleso většinou obsahuje příměsi, které způsobují, že za teploty asi 1300 K a vyšší je elektricky vodivé a proto dochází ke zkratování topného vinutí a jeho zničeni, k čemuž zároveň přispívají chemické reakce příměsí keramiky s materiálem ‘ topného vinutí.The ceramic body usually contains impurities which cause it to be electrically conductive at temperatures of about 1300 K and above, and therefore the heating coil is short-circuited and destroyed, which is also due to the chemical reactions of the ceramic admixture with the heating coil material.

Uvedené nevýhody odstraňuje referenční zdroj tepelného záření pro bezdotykové měření teploty nebo měřeni intenzity záření, obsahující teplotní zářič, topné těleso a izolant izolující teplotní zářič a/nebo topné těleso a jeho podstata spočívá podle vynálezu v tom, že teplotní zářič a/nebo topné těleso má na svém povrchu plazmově stříkaný povlak žáruvzdorného izolantu, kterým je například kysličník hlinitý, kysličník titaničitý, kysličník zirkoničitý, kysličník chromitý nebo jejich směsi, přičemž pcdak sestává pouze ze žáruvzdorné hmoty izolantu, pevně vázaného k povrchu teplotního zářiče a/nebo topného tělesa a sestávajícího z převládající homogenně rozptýlené fáze a obsahujícího 1 až 20 % otavených zrn výchozí žáruvzdorné hmoty izolantu. Povlak může být jednovrstvý a stejnorodý v celé své tloušlce, anebo může sestávat alespoň ze dvou vrstev stejného nebo odlišného složení.The aforementioned disadvantages are eliminated by a reference source of thermal radiation for contactless temperature measurement or radiation intensity measurement comprising a thermal radiator, a heater and an insulator insulating the thermal radiator and / or the heater, and the principle of the invention is that the thermal radiator and / or heater has a plasma-sprayed coating of a refractory insulator such as alumina, titanium dioxide, zirconia, chromium oxide or mixtures thereof, said composition consisting solely of an insulating refractory mass firmly bound to the surface of the heat emitter and / or the heater and consisting of a predominantly homogeneously dispersed phase and containing 1 to 20% of the melted grains of the initial insulator refractory. The coating may be monolayer and uniform throughout its thickness, or may consist of at least two layers of the same or different composition.

Použitím plazmově stříkaného povlaku pevně vázaného k povrchu teplotního zářiče a/nebo topného tělesa se zajistí dobrý přestup tepla mezi topným tělesem a teplotním zářičem. Tím se dosáhne zlepšené rovnoměrnosti teplotního pole teplotního zářiče a zabrání se vzniku vysokého teplotního spádu mezi topným tělesem a teplotním zářičem. Nedochází k nadměrnému teplotnímu namáhání topného tělesa, takže například pro zdroj tepelného záření 8 nejvyšší provozní teplotou 1500 K, je možno použít na zhotovení topného tělesa slitin z obecných kovů. Plazmově stříkaný povlak se vyznačuje vysokou dielektrickou pevností, jež například pro plazmově stříkaný povlak kysličníku hlinitého A1₂0.j kV/mm v rozsahu teplot 300 až 1500 K; rovněž měrný elekl£ícký odpor plazmově stříkaného povlaku je v uvedeném rozsahu teplot vysoký, například 5.10^Ji cm při teplotě 1300 K, takže nedochází ke zkratování topného tělesa.By using a plasma spray coating firmly bonded to the surface of the heat emitter and / or heater, a good heat transfer between the heater and the heat emitter is ensured. This achieves an improved uniformity of the temperature field of the heat emitter and avoids a high temperature gradient between the heater and the heat emitter. There is no excessive thermal stress on the heating element, so that, for example, for the heat source 8 at the highest operating temperature of 1500 K, base metal alloys can be used to make the heating element. The plasma spray coating is characterized by a high dielectric strength which, for example, for a plasma spray coating of Al ₂ O 10 kV / mm over a temperature range of 300 to 1500 K; also, the resistivity of the plasma spray coating is high in the temperature range mentioned, for example 5.10 < 3 > cm at 1300 K, so that the heating element is not short-circuited.

Plazmově stříkaný povlak umožňuje dosáhnout malé tepelné setrvačnosti zdroje tepelného záření, cožgUsnadňuje regulaci a zkracuje dobu potřebnou k ustálení na žédaé provozní teplotě. Příklad 1The plasma sprayed coating allows to achieve low thermal inertia of the heat radiation source, which facilitates regulation and reduces the time required to stabilize at any operating temperature. Example 1

Referenční zdroj tepelného záření konstruovaný jako nepřímoReference heat source designed to be indirect

229 995 vyhřívaný zářič, jehož teplotní zářič je tvořen niklovou deskou rozměru 80 x 80 x 4 mm, které má na jedné z ploch 80 x 80 mm plazmově stříkaný povlak homogenně rozptýleného kysličníku hlinitého Al₂0^ obsahujícího asi 15 % otavených zrn výchozťjho kysličníku hlinitého · Povlak má tloušlku 0,5 mm. Protilehlé ploch® desky je vyzařujícím povrchem. K povlaku přiléhá topné těleso tvořené meandrovitě vinutým topným drátem o průměru 0,8 mm, ze slitiny KANIBAL A, 8 mezerou mezi dráty rovnou dvojnásobku průměru drátu. Plocha vyzařujícího povrchu teplotního zářiče je omezena clonou na 75 x 75 mm. Prostor mezi okrajem teplotního zářiče a clonou je vyplněn zvlékněným kysličníkem hlinitým AlgO^; tepelné ztráty topného tělesa jsou omezeny rovněž vrstvou zvlákněného kysličníku hlinitého.229995 heated radiator, the heat radiator is formed nickel plate 80 x 80 x 4 mm, which has on one of the surfaces of 80 x 80 mm, plasma-sprayed coatings homogeneously distributed aluminum oxide Al ₂ 0 ^ containing about 15% otavených grains výchozťjho alumina · The coating has a thickness of 0.5 mm. The opposite face of the plate is a radiating surface. Adjacent to the coating is a heating element consisting of a meander-wound heating wire with a diameter of 0.8 mm, made of KANIBAL A alloy, 8 with a gap between the wires equal to twice the wire diameter. The radiating surface of the heat emitter is limited to an aperture of 75 x 75 mm. The space between the edge of the heat emitter and the orifice plate is filled with coated alumina AlgOO; the heat loss of the heater is also limited by the layer of spun alumina.

Teplota teplotního zářiče je měřena termočlánky přivařenými k vyzařovacímu povrchu. Představu o rozložení teploty na vyzařujícím povrchu podává tato „tabulka :The temperature of the heat emitter is measured by thermocouples welded to the radiating surface. The following table gives an idea of the temperature distribution on the radiating surface:

Jmenovitá teplota teplotního zářičeNominal temperature of the heat emitter

T [KjT [Kj

Rozdíl mezi teplotou na prostředku a na okrajiThe difference between the temperature at the device and the edge

373373

770 <0,2770 <0.2

13001300

Příklad 2Example 2

Referenční zdroj tepelného záření se liší od příkladu 1 tím, že niklové deska je opatřena povlakem 80 % Ni + 20 % Cr o tloušťce 0,2 mm, na němž je plazmově stříkaný povlak 97 % AlgQ^ + ®·θ2 o tloušťce 0,26 až 0,27 mm .The reference source of thermal radiation differs from Example 1 in that the nickel plate is coated with 80% Ni + 20% Cr with a thickness of 0.2 mm, on which a plasma sprayed coating of 97% AlgQ ^ + ® · θ2 with a thickness of 0.26 up to 0.27 mm.

Příklad 3Example 3

Referenční zdroj tepelného záření se liší od příkladu 2 tím, že topné těleso je tvořeno drátem o průměru 0,35 naa. Topné těleso je přiloženo k plazmově stříkanému povlaku a je aamo opatřeno plazmově stříkaným povlakem téhož složení, jako povlak teplotního zářiče a má tloušíku 0,2 až 0,4 mm, přičemž v mezerách mezi dráty je pevně vázán s povlakem teplotního zářiče, takže teplotní zářič, izolant a topné těleso tvoří nerozebíratelný celek.The reference source of thermal radiation differs from Example 2 in that the heater is formed by a wire with a diameter of 0.35 naa. The heater is attached to the plasma spray coating and is aamo coated with a plasma spray coating of the same composition as the thermal emitter coating and has a thickness of 0.2 to 0.4 mm, being tightly bonded to the thermal emitter coating in the wire gaps so that the thermal emitter , the insulator and the heater form an integral unit.

Příklad 4Example 4

Referenční zdroj tepelného záření konstruovaný jako dutinový zářič tvořený trubkou o světlosti 35 mm ze Žáruvzdorné oceli.A reference heat source designed as a hollow emitter consisting of a 35 mm tube of heat-resistant steel.

Trubka je na jednom konci tak zaslepena, že válcové díra trubky přechází v kužel s vrcholovým úhlem 120°. Celková délka této válcovéThe pipe is so blinded at one end that the cylindrical bore of the pipe becomes a cone with an apex angle of 120 °. The total length of this cylindrical

229 965 dutiny s kuželovým zakončením je 180 mm· Vhější povrch trubky je opatřený plazmově dtříkaným povlakem 97 % AlgO^ ⁺ % TiOg ⁰ tloušťce 0,3 mm, na němž je se stoupáním 1 mm navinutý topný odporový drát ae slitiny KANIHAL A o průměru 0,35 mm· Topné vinutí má na evém povrchu plazmově stříkaný povlak téhož složení o tloušťce 0,2 až 0,4 mm, který je v mezerách mezi závity drátu pevně vázaný a povlakem vnějšího povrchu trubky. Celý zdroj tepelného záření je tepelně izolovaný vrstvou z vlákněného AlgOg.229 965 hollow cone 180 mm · Pipe-coated 97% AlgO ^ ⁺ % TiOg ⁰ 0.3 mm thick on the outer surface of the tube, with a 1 mm pitch heating wire and a KANIHAL A alloy of 0 diameter , 35 mm · The heating coil has a plasma-coated coating of the same composition 0.2 to 0.4 mm thick on the surface, which is firmly bonded in the gaps between the threads of the wire and the coating of the outer surface of the pipe. The whole source of heat radiation is a thermally insulated layer of fibrous AlgOg.

Referenční zdroje tepelného záření podle příkladů 1 až 4 lze použít ke kontrole funkce provozních pyrometrů. Zdroje podle příkladů 1 až 3 lze použít jako referenční body teploty pro měření termovizí v případě, kdy snímané scéna je velká a termovizní kamera je umístěna daleko od měřeného objektu, například při měření teplotního pole chladníku válcovny. Déle lze referenční zdroje podle příkladů použít jako zdroje infračerveného záření při měření odrazivosti materiálů a podobně·The reference heat sources of Examples 1 to 4 can be used to control the operation of process pyrometers. The sources of Examples 1 to 3 can be used as temperature reference points for thermovision measurements when the scanned scene is large and the thermovision camera is located away from the measured object, for example when measuring the temperature field of a mill cooler. The reference sources of the examples can also be used as infrared sources for measuring the reflectivity of materials etc.

Claims

A reference source of thermal radiation for contactless measurement of a temperature or intensity of radiation, comprising a temperature radiator, a heater and an insulator insulating the temperature radiator and / or a heater, characterized in that the temperature radiator and / or heater has a plasma sprayed refractory coating. an insulator such as alumina, zirconium oxide, chromium trioxide, titanium dioxide or mixtures thereof, the coating consisting solely of an insulating refractory mass firmly bound to the surface of the heat emitter and / or heater and consisting of a predominantly homogeneously dispersed phase and containing 1 up to 20% of the melted grains of the initial insulator refractory mass.

2. A reference heat source as claimed in claim 1, characterized in that the coating is monolayer and uniform throughout its thickness, or it consists of at least two layers of the same or different composition.