CS253028B1 - Radiační pyrometr - Google Patents

Abstract

Radiační pyrometr je určen pro práci v horkých prostředích s egresivní chemickou atmosférou obsahující volná mechanické částice a je vytvořen tak, aby mohl být instalován přímo uvnitř měřeného prostoru. Ze tím účelem je v dutém tělese s dvojitými stěnami protékanými chladící kepalinou upravena před tepelně propustnou folií prstencová komora s přívodem tlakového vzduchu a se dvěma systémy trysek pro chlazení a čištění propustné folie. V zadní části dutého tělesa je vytvořena rozvodná komora, na kterou navazuje šroubovicový kanál oro usměrnění průtoku chladící kapaliny mezi dvojitými stěnami.,. V přední části dutého tělesa je íroubóvicový kanál vyústěn do dutiny obklopující vstupní kužel, kam ústí též výstupní hrdlo pro chladící kooalinu. Další znaky řešení se týkají uspořádání prvků oyroelektrického detektoru uvnitř chlazené schránky v dutém tělese.

Description

Vynález se týká radiačního pyrometru pro práci v horkých prostředích.

Jsou již známy radiační pyrometry pro dálkové měření teploty, které se vSak umístují vně měřeného prostoru, od něhož je odděluje zpravidla křemíkové okno, přes které snímají teplotní poměry ve sledovaném prostoru. Tato opatření úspěšně plní své funkce zpravidla do teploty 70 °C, nad níž počíná selhávat jejich elektronike. Jejich hlavním nedostatkem je však omezený rozsah sledovaného prostoru, který lze zachytit přes křemíkové okno. Jde-li o zjištovéní teplotních pochodů probíhajících v nedostupné vnitřní konstrukci nějakého zařízení, nevíc v agresivní chemické atmosféře, pak zmíněné známé radiační pyrometry funkčně selhávají, i když byly již učiněny pokusy o jejich ochlazení přiváděnou chladící kapalinou, jakož i o ofukováni čelního okna stlačeným vzduchem omezujícím usazování hmotných částic.

Tato opatření u známých pyrometrů nebyla propracována do funkčně vyhovující technické úrovně, takže sice umožnila ponechat nějakou dobu radiační pyrometr v méně agresivním prostředí uvnitř technologického zařízení, ale neposkytla záruku dlouhodobého spolehlivého provozu ve skutečně těžkých provozních podmínkách. Například chlazení radiačních pyrometrů pomocí chladící kapaliny u známých provedení těchto měřidel často nepřineslo požadovaný účinek, jestliže v konstrukci skříně pyrometrů se vyskytovala místa nedostatečně protékaná chladící kapalinou. Obdobně ofukováni čelního okna někter rých pyrometrů stlačeným vzduchem nedokázalo zabránit úsadám mechanických částic na čelních oknech, nebot se nebral zřetel na poznatky z teorie proudění, takže před čelními okny těchto radiačních pyrometrů vznikaly hluché prostory plné úsad.

Úkolem vynálezu je zdokonaleni konstrukce radiačního pyrometrů vhodného pro práci v horkých prostředích a to do té míry, aby radiační pyrometr bylo možno i dlouhodobě instalovat bez újmy na přesnosti jeho měření i v prostředích 8 agresivní chemickou atmosférou obsahující volné mechanické částice, příkladně prachová zrna, popel, okuje a pod.

Vychází se přitom ze známé technické koncepce radiačního pyrometru s pyroelektrickým čidlem, referenčním autostabilisovaným zdrojem infračerveného záření a s mechanickým střídačem měřeného ε referenčního infračerveného záření s otočným reflexním členem, uspořádaným před pyroelektrickým čidlem, kteréžto prvky jsou upraveny na společném nosném bloku.

Tento společný nosný blok je vestaven do dutého tělesa s dvojitými stěnami, ve kterém je vytvořen vstupní kužel pro definování svazku měřených infračervených paprsků, uzavřený no čelní základně tepelně propustnou fólií.

Podstato radiačního pyrometru podle vynálezu spočívá v tom, že v zadní části dutého tělesa je vytvořena rozvodná komora pro chladící kapalinu opatřená přívodným hrdlem a přecházející ve střední části dutého tělese ve šroubovicový kanál mezi dvojitými stěnami. Tento kanál vyústuje při přední části dutého tělesa do dutiny, která obklopuje vstupní kužel a do níž je zaústěno přívodní hrdlo pro chladící kapalinu.

V dutém tělese je před tepelně propustnou fólií vypracována prstencové komora s přívodem tlakového vzduchu a se dvěma systémy trysek, z nichž trysky prvního systému jsou rozloženy kolem celého obvodu tepelně propustné fólie a jsou skloněny šikmo vpřed k ose svazku měřeného infračerveného záření, kdežto trysky druhého systému jsou rozloženy pouze kolem části obvodu tepelně propustné fólie a jsou skloněny nazad proti čelní ploše této fólie.

Podle dalšího znaku vynálezu je osa otáčení reflexního členu mechanického střídače uspořádána různoběžně k ose svazku měřených infračervených paprsků a referenční autostabilisovaný zdroj je ve společném nosném bloku uložen v místě, odkud se jeho záření odráží přes reflexní člen mechanického střídače kolmo na_tcitlivou plochu pyroelektrického čidla.

Účinek uvedeného řešení záleží ve vytvoření důkladně chlazené schránky pro uložení pyroelektrického detektoru s jeho elektrickými i mechanickými funkčními díly jakož i pro uložení příslušné ovládací a vyhodnocovací elektroniky uvnitř dutého tělesa, dále v zabránění přístupu volných mechanických částic a agresivní chemické atmosféry k tepelně propustné fálii z plastické hmoty a posléze v nasměrování jak měřeného, tak i referenčního infračerveného záření pod stejným úhlem na citlivou plochu pyroelektrického čidla, s ohledem na účinnost nejlépe kolmo k této ploše. Tím je i splněn důležitý přepoklad pro obdržení stabilní odezvy z pyroelektrického čidla. Při stanoveném geometrickém vztahu mezi reflexním členem a referenčním autostabilizovaným zdrojem infračerveného záření od vnitřní stěny dutého tělese ležící před reflexním členem, nebot tato stěna nemůže být rovnoběžná s odraznou plochou reflexního členu.

Všechny uvedené účinky jenotlivých znaků radiačního oyrometru podle vynálezu spolu působí při provozním využívání tohoto zařízení.

Na výkrese je radiační pyrometr podle vynálezu znázorněný schematicky v podélném řezu vedeném osou svazku měřených infračervených paprsků.

Vlastni měřící systém radiačního pyrometru podle vynálezu sestává z pyroelektrického čidla 12, mechanického střídeče s reflexním členem 11. jehož osa 10 otáčení je různoběžná k ose 2 svazku měřených infračervených paprsků a z referenčního autostabilisované>ho zdroje 12» kteréžto díly jsou uloženy na společném nosném bloku 8. Úkolem mechanického střídeče je přivádět na citlivou plochu pyroelektrického čidla 13 střídavě měřené a referenční infračervené paprsky. Pro správnou funkci zařízení je důležité, aby oba svazky infračervených paprsků byly od sebe časově naprosto rozlišeny a vzájemně se při působení no pyroelektrické čidlo 13 neovlivňovaly. Jsou proto nežádoucí jakékoliv parasitní odrazy infračervených paprsků od vnitřních stěn schránky 24 v dutém tělese J. na citlivou plochu pyroelektrického čidla 22·

U předmětného řešení se těmto nežádoucím odrazům zamezuje právě různoběžností osy 10 otáčení reflexního členu 11. jehož reflexní plocha je šikmo protínána osou 2 svazku měřených infračervených paprsků. Má-li být splněn požadavek, aby jak měřené infračervené paprsky tak i infračervené paprsky z referenčního autostabilisovaného zdroje 12 po odraze na reflexním členu 11 dopadaly kolmo na citlivou plochu pyroelektrického čidla 13. pBk referenční autostebilisovaný zdroj 12 musí být vůči pyroelektrickému čidlu 13 uložen na společném nosném bloku 8 v takovém místě, že kromě regulérního odrazu přes reflexní člen 11 nemůže dojít k žádným parasitním odrazům od vnitřníhh stěn schránky 24 na citlivou plochu pyroelektrického čidla 13. Názorně je chod paprsků znázorněn na připojeném výkresu v souladu s uvedeným výkladem.

Jak už bylo zmíněno, je uvnitř dutého tělesa 2 s dvojitými stěnami protékanými chladící kapalinou vytvořena schránka 24 obsahující v přední části pyroelektrický detektor a v zadní části ovládací a vyhodnocovací elektroniku 20. Pracovní teplota ve zmíněné schránce 24 závisí jednak na teplotní odolnosti komponentů ovládací a vyhodnocovací elektroniky 20, jednak na fyzikálních vlastnostech použitých fereelektrických materiálů. Například při vytvoření referenčního autostabilisovaného zdroje 12 infračerveného záření z triglycinsulfátu, který má teplotu fázového přechodu druhého druhu 49,25 °C, nesmí teplota uvnitř schránky 24 v žádném přípedě dosáhnout této úrovně, aby autostsbilisovaný zdroj 12 mohl pracovat. K tomu účelu je ve společném nosném bloku 8 zapuštěn odporový teploměr 2, který je z důvodu reprodukovetelnosti provozních výsledků e trvanlivosti nejlépe platinový.

Tento odporový teploměr 2 poskytuje měřící signál pro elektroniku 20, které reguluje vstup chladící kapaliny do dutého tělesa i· Aby se chladící kapaliny racionálně využilo, je duté těleso 2 uvnitř upraveno následovně;

Přívodní hrdlo 15 chladící kapaliny ústí do rozvodné komory 14 na jeho zadní části, která chrání před oteplením ovládací a vyhodnocovací elektroniku 20. Z rozvodné komory 14 vstupuje chladící kapalina vstupním otvorem 25 čo Sroubovicového kanálu 16. který v několika závitech obklopuje schránku 24 s ovládací a vyhodnocovací elektronikou 20 jakož i se společným blokem 8 s pyroelektrickým detektorem.

Chladící kapalina ve Sroubovicovém kanálu 16 postupuje dutým tělesem 1 odzadu dopře· du a přitom se postupně ohřívá. Proto zadní část dutého tělesa 1 je chlazena vydatněji než jeho přední část, což je v souladu s technickými požadavky na provoz jednotlivých elektronických bloků radiačního pyrometru.

Při přední části dutého tělesa 1 Sroubovicový kanál 16 ústí do dutiny 12. Tato dutina 12 obklopuje vstupní kužel 18 a chladící kapalina se z ní vyvádí výstupním hrdlem 19 do odpadu nebo do cirkulačního okruhu.

Vstupní kužel 18 je vpředu obvodově utěsněn proti úniku chladicí kapaliny prstencovým těsněním 21 a proti vniknutí okolní atmosféry |do schránky 24 tepelně propustnou fólií 2. Vnitřní plocha vstupního kužele 18 může být výhodně vyleštěna anebo leskle pokovena kvůli omezení ztrát měřeného svazku infračervených paprsků tímto kuželem 18 soustřeňovaných na pyroelektrické čidlo 13.

Vzhledám k tomu, že radiační pyrometr podle vynálezu má být dlouhodobě a bez přístupu servisního personálu uzavřen uvnitř zařízení s horkou agresivní atmosférou obsahující volné mechanické částice jako prachová zrna, popel, okuje a ood.^ musí být jemné tepelně prostupná fólie 2 důkladně chráněna proti možnému poškození.

Za tím účelem jsou před touto fólií 2 usoořádány dva systémy vzduchových trysek í a 6 vypracovaných ve válcové vnitřní stěně prstencové komory 2 s ořívodem tlakového vzduchu. Trysky £ prvního systému jsou rozloženy kolem celého obvodu tepelně propustné fólie 2 a jsou skloněny šikmo vpřed směrem k ose 2 svazku měřených infračervených paprsků. Stlačený vzduch z těchto trysek £ vystupuje ve směru šipek 22 a vytváří vzduchovou ochrannou clonu kuželového tvaru. Pro případ, že by některé mechanické nečistoty touto clonou pronikly až k ploše tepelně propustné fólie 2, je zřízen kolem části obvodu tepel ně propustné fólie 2 ůruhý systém trysek 6, které jsou skloněny šikmo nazad proti čelné ploše tepelně propustné fólie 2. Stlačený vzduch z trysek 6 vystupuje směrem šipek 22, unáší sebou z plochy fólie 2 usazené nečistoty a vrhá je do proudu vzduchu z trysek 2 prvního systému, který je odnese pryč. Tak se tepelně propustná fólie 2 trvale samočinně kstí a chladí během provozu. Je samozřejmé, že systémy trysek 5. i 6 mohou být realizovány jako obvodové štěrbiny volitelné délky.

Radiační pyrometr podle vynálezu je vhodný např. pro instalování uvnitř regenerativních ohříváků vzduchu, kde se vyžaduje dlouhodobé bezdotykové měřeni teploty vnitřního zařízení a to i v místech, která není možno zaměřit zvenku přes křemíkové okno vestavěné do stěny ohříváku. Další využití radiační pyrometr podle vynálezu nalezne v elektrárnách, teplárnách, kotelnách, hutmính provozech, v chemické výrobě, v materiálových zkušebnách epod.

Claims (1)

1. Radiační pyrometr zejména pro práci v horkých prostředích s agresivní chemickou atmosférou obsahující volné mechanické částice, vybavený pyroelektrickým čidlem, referenčním autostabilisovaným zdrojem infračerveného záření a mechanickým strídačem měřeného a referenčního infračerveného záření s otočným reflexním člene·, kteréžto dílý jsou upraveny na společném nosném bloku vestavěném do dutého,tělesa s dvojitými stěnami, ve kterém je vytvořen vstupní kužel oro definování svazku měřených infračervených paprsků uzsvřeny ne čfciní základně tepelně propustnou fólií, vyznačující se tím, že jednak v zadní části dutého tělesn /1/ je vytvořena rozvodná komora /14/ pro chladící kapalinu, opatřené přívodním hrdlem /15/ a přecházející ve střední části dutého tělesa /1/ ve šroubovicový kanál /16/ mezi dvojitými stěnami a tento kanál /16/ vyústuje při přední části dutého tělesa /1/ do dutiny /17 , která obklopuje vstupní kužel /18/ s do níž je zaústěno výstupní hrdlo /19/ pro chladící kapalinu, přičemž v dutém tělese /1/ je před tepelně propustnou fólií /2/ vypracována prstencová komora /3/ s přívodem /4/ tlakového vzduchu a se dvěma systémy trysek /5, 6/, z nichž trysky /5/ prvého systému jsou rozloženy kolem celého obvodu tepelně propustné fólie /2/ a jsou skloněny šikmo vpřed k ose /7/ svazku měřeného infračerveného záření, kdežto trysky /6/ druhého systému jsou rozloženy pouze kolem části obvodu tepelně propustné fólie /2/ a jsou skloněny nyzad proti čelní ploše této fólie /2/, jednak je osa /10/ otáčení reflexního členu /11/ mechanického střídače uspořádána různoběžně k ose /7/ svazku měřených infračervených peprsků a referenční autostabilisovaný zdroj /12/ infračerveného záření je ve společném nosném bloku /8/ uložen v místě, odkud se jeho záření odráží přes reflexní člen /11/ kolmo na citlivou plochu pyroelektrického čidle /13/.