新型光纤高温计的研究

    新型光纤高温计是一种根据黑体辐射原理,采用黑体腔、光纤传感探头进行高温测量的温度传感器。与目前工业生产中大量使用的由铂、铑等贵重金属制造的热电偶温度计比较,它具有抗氧化、抗电磁干扰、耐腐蚀、可远距离传输、价格低廉等优点。是铂、铑热电偶理想的替代产品,在工业生产中具有广泛的应用前景。

    1　新型光纤高温计的工作原理

    1.1　新型光纤高温计的主要技术内容和基础原理

    通常光纤高温计测温可以通过辐射强度法或比色测温法实现。辐射测温法根据的是黑体辐射原理,当波长λ一定时,黑体的辐射强度E仅是温度T的函数,即:E(λ1T)=f(T)

    但是,若仅仅利用辐射光谱的某一种波长的辐射强度来进行测量,将不可避免地受到辐射源的变化及测量环境中其它吸收体等因素的影响,其结果是影响测量精度,比色测温法的原理则是利用对于任意两个波长λ1、λ2而言,其辐射强度之比随温度的变化而变化原理,即:E1(λ1,T)/E2(λ2,T)=f1(T)/f2(T)=F(T)

    采用比色法,就需将光纤中传输的黑体辐射光波选取两特定的波长分成两路,这种与波长有关的有三个以上光路端口的光源器件称为波分复用分路器。采用比色法最大优点是可消除环境和辐射源变化对测量精度的影响。新型光纤高温计就是采用比色法原理,它的主要技术内容包括黑体腔辐射、光纤滤波和比色测温法。

    1.2　光纤高温计系统结构图

    新型光纤高温测量系统是由黑体腔、光纤传感器、传输光纤、分路器、光电转换、二次仪表组成,如图1所示:

    1.3　新型光纤高温计工作原理

    光纤高温计的工作原理是由黑体辐射腔感受被测物体的温度,发射辐射光波,光纤传感头接收黑体辐射腔发射的辐射光波,经传输光纤从测量现场传回至分路器;通过波分复用将辐射光信号分别转换成电信号后,由二次仪表计算出温度。

    1.3.1　传感部分

    传感部分由黑体腔、光纤探头、传输光纤组成。若将传感器安装在压力容器中,则包括密封法兰盘等结构,其结构如图2所示。

    其中陶瓷黑体腔是指在陶瓷管内壁上镀上黑体材料,它具有良好的物理、化学性能,耐高温、抗腐蚀,尤其可贵的是它具有非常稳定的发射率,这对于用辐射法测温来说极为重要。

    1.3.2　信号转换及处理

    信号转换部分由波分复用分路器和光电转换器组成。由传输光纤传输的辐射光波,经波分复用分路器,将光信号分成两路不同波长的信号,分别由两个光电探测器接受,将光信号转换为电信号。两路电信号将被送入二次仪表中进行处理。