[发明专利]接触式热辐射光纤三色高温计

说明书

技术领域

本发明涉及高温温度测量领域，特别涉及接触式热辐射测温和光纤三色传感领域，具体是一种接触式热辐射光纤三色高温计。

背景技术

传统的温度测量仪表主要为热电阻与半导体电阻温度计、热电偶式温度计、热辐射式高温计。热电阻是根据导体(半导体)的电阻值随温度变化而变化的性质来作为测温元件的。热电偶式温度计是利用热电现象测量的，即将两根不同导体的两端接成闭合回路，由于两端温度不等，因而在回路中形成热电势，这就是热电现象。热辐射式高温计是利用热辐射现象测温的，即物体由于受热后，有一部分热能转变成辐射能，以电磁波的形式向四周辐射，利用辐射换热在高温环境下测量温度。

前两种均需用到铂、铑、钨、铼、铱等贵稀金属，这些贵稀金属资源稀缺(我国需求较大且主要靠进口供应)，价格昂贵、提炼和回收时易造成环境污染，且热电阻式温度计测量范围一般为800K以下，不满足高温(800～2000K)测量需求。而热辐射式高温计在使用中存在以下问题：

(1)被测物体辐射率一般是不稳定的；

(2)光传输的空间不稳定；

(3)背景光的影响；

(4)开放式光学表头易受污染；

(5)难以实现信号的远程传输。

发明内容

本发明的目的是为了克服热辐射式高温计的不足，寻找能够代替贵稀金属铂铑而进行高温测量的产品，而提供一种接触式热辐射光纤三色高温计。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

接触式热辐射光纤三色高温计，包括

内管、外管，所述内管、外管的同一端头呈圆头状封闭，另一端为敞开的开口端，内管、外管之间的夹层为避光层，封闭端的内管、外管与所夹的避光层形成一个置于被测温点的黑体腔；

平凸透镜，其设置在内管的开口端，平凸透镜的凸端与内管的圆头封闭端相对应；

光探测器，其通过光纤束与平凸透镜耦合，光探测器与信号放大处理显示及远传模块电连接。

所述避光层内填充的材料为石墨、硅碳和硅钼粉。

所述材料的质量比为石墨：硅碳：硅钼粉＝1：1：1。

所述光探测器为红绿蓝3通道Si光电二极管探测器。

所述光纤束为无序排列，长度为1-10米。

所述光纤束长度为3米。

所述信号放大处理显示及远传模块中，预存有由以下公式(1)定义的温-色参数β(T)与温度关系的校准时测量数据：

式中，i_R、i_G、i_B分别为三色光探测器红、绿、蓝光输出光电流的大小，R_G为三色光探测器绿光输出端的取样负载电阻值，k_R、k_B分别为三色光探测器红、蓝光输出端的取样负载电阻值与绿光输出端的负载电阻值之比，调整k_R和k_B的值可以改变β(T)的线性度与分辨率特性。

本发明基于接触式热辐射测温理论，利用三色光探测器输出量与温度的关系，并通过光纤传感技术准确测量高温温度，温度测量范围设定在800℃～1800℃。

本发明的有益效果是：

高温(1000-1800℃)测量，目前主要是用接触式的铂-铑热电偶和非接触式的光学高温计。前者系贵稀金属、资源贫乏、价格昂贵、信号微弱、易受强电干挠；后者因被测物体辐射率不稳定、光传输的空间易波动、易受背景光的影响、开放式光学镜头易受污染、难以实现信号的远程传输等等，其测量精度很有限。本项发明正好可以克服二者的缺点，可望成为高温测量领域的新一代主流产品而受广泛应用。具体讲，本发明可获效益主要有以下几点：

(1)可以替代铂-铑热电偶，节约大量贵稀金属物资；

(2)抗强电磁干扰，易于多点组网实现大型设备或多点的温度集中监控；

(3)测量范围宽、线性度好、精度高；

(4)成本低、应用范围广、市场容量大。

本发明在热辐射式测量高温的基础上引入接触测量方式、三色测温原理、光纤传感技术提出了接触式热辐射光纤三色高温计，能够替代铂-铑热电偶和热辐射式高温计等传统温度测量仪在高温领域中的应用，使高温计真正成为低成本、高精度、长寿命的高温温度测量仪器。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例中色-温参数β(T)与温度T的关系曲线图。