1.2.2.1接触式:所谓的接触式就是要求探测仪器与火焰接触,通过传导火焰热量以此来测量火焰温度。
这对传感器探头的性能要求非常苛刻,不论是在高温,还是腐蚀性火焰等极端环境中都能正常的工作。以下列出了几个依靠接触式工作的温度测量装置:
热电偶:热电偶是现在应用最广泛的温度测量仪器,热电偶由赛贝壳效应制成。如果两个不同的金属材料的两端连接在一起,并且两个结之间存在温度差,就会产生与温度成比例的电位。市面上有许多高温热电偶,有些高温热电偶的上限超过1500K。这种测温方法是在高温(>1000K)条件下,为了获得可靠的温度测量值,必须考虑它的辐射和传导损耗。它还有个缺点是该方法将实际计算出的是热电偶接点处和周围气体的温度,然后用这个温度代替了火焰温度。因此,热电偶测出的“火焰温度”这个显示值实际上并不是火焰温度的直接测量值。
电阻温度计:导体的电阻随温度的变化而变化,其中金属导体的电阻随温度的升高而升高,也就是说金属导体是正温度系数导体,导体电阻与温度在一定范围内有一一对应的关系,依据这种关系就可以利用这个关系反过来求其温度。导体电阻不好直接测量,工作时要将这个电阻的变化通过转化成电流或者电压来反应。
接触式光纤探头:光纤探头这种方法是激光通过导光物,导光物体放置在我们要测量温度的区域中,这使导光物体受热膨胀改变了物体的光学性质。本方法通过激光干涉来获取物体光学参量的改变量从而来间接获取火焰温度。探头样品如图1.1所示1.2.2.2非接触式:这类方法不需探测器直接接触火焰,而是通过测量其辐射量来间接测量火焰温度。主要有以下几种:
辐射吸收法:这种方法是利用气体密度与温度相关联的状态方程导出,在低压(P<3atm)和高温(T>300K)的装置中可以很好地测量温度。由于大多数燃烧炉的火焰都在这些参数之内,所以使用软X射线开发了一种方法。X射线的吸收与气体的密度成比例,但是常见的火焰对于X射线具有低的吸收率,因此通常需向燃烧的混合物中加入具有高吸收率的示踪气体。
IR枪:它是利用黑体辐射的原理测量温度的。使用手持IR枪(图1.2)在相同温度下的两个表面可能根据其发射率而有所不同。但这类仪器可以很快的测量出一点或者说所照射的微小区域的温度而不考虑环境。要使用它来获得准确的温度读数,还需要考虑以下因素:瞄准,聚焦,光学阻塞,与其他仪器的接口以及维护。
图1.2手持式IR枪
激光散射法:散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去的现象。激光散射法以激光作为光源,检测入射光方向外的散射光信息再通过相关的处理过程得到微粒的重量大小等相关信息。其中相干抗斯托克斯拉曼光谱(CARS)是这类激光测量火焰温度的常用方法。这种方法的相干散射比非相干散射强。但是这种技术在实验上是复杂的,需要适当的对准和调谐,这使得它难以普及到各种商业应用上。
2 黑体辐射与火焰燃烧
为了讲述可见区域的光谱在本项工作中如何用于计算温度,在此首先来了解一些相关知识。这有助于开展后面的工作。由于要计算火焰温度的计算,本文将介绍电磁辐射光谱的基本概念,接着再介绍燃烧的一些重要知识。
2.1电磁辐射波谱
根据物理学相关知识我们知道一个物体的温度在绝对零度(0K)以上时就会向外发射辐射。这种辐射是以电磁辐射的形式向外辐射能量,波长范围很宽。在这里本文主要关注三个波长区域,可视区VIS(波长为400nm至700nm),紫外区UV(波长范围10nm至400nm),近红外区(波长范围700nm至25um)。 基于LabVIEW的火焰光谱采集系统研究(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205374.html