Как определить температуру металла

Как измерить температуру алюминия

Температура плавления металлов является одним из ключевых показателей и непосредственно влияет на качество полученных сплавов. Ее четкое регулирование является неотъемлемой частью производства. В данной статье, мы расскажем, как измеряется температура плавления металлов, и как это происходит.

Чаще всего температуру уже расплавленного металла измеряют при помощи термопар. Для этого оператору необходимо поместить специальный зонд в уже расплавленный метал. По большей части, точность полученной информации зависит от профессионализма оператора и состояния зонда. Если на нем застынет шлак, то результат анализа может очень сильно отличаться от реальной температуры. Данный способ не является самым современным, ему больше подойдет название «классический».

Еще одним способом измерения температуры плавления является пирометрический. Делается это с помощью теплового сенсора, вот что улавливают инфракрасное и тепловое излучение. Однако данный прибор всегда требует очень точной настройки. Она зависит от расстояния на котором находится прибор, и еще многих других факторов.

Оптический метод измерения является более современным и точным. Но и здесь существуют свои особенности. Все дело в том, что температура шлаков, которые образуются во время плавления, значительно выше, чем температура металла. Такая разница может дать совершенно неправильную информацию. Для того, чтобы измерить все очень точно, необходимо освободить определенное пространство от шлаков, и направить оптику на свободное место. Если использовать двухспектральные приборы, то измерение температуры будет значительно проще и точнее. Они обрабатывают информацию полученную от двух различных волн, соотносят ее и анализируют. В результате получаются более точные данные. Кроме того, они не так сильно подвержены влиянию пыли, газа, дыма и прочих негативных явления. Поэтому такие приборы значительно лучше подходят для работы в сложных условиях. Особенно данные приборы эффективны если они обладают функцией автоматической регистрации температуры.

Температура плавления нержавейки

Абсолютно черное тело при нагреваПобежалость на трубе

Наряду с освещенностью (Ev) цветовая температура (Tc) выступает важнейшим параметром функционального освещения. От ее значений зависит эмоциональное восприятие объектов, пространств, эффективность труда, а также процессы вегетации у растений.

Цвета побежалости металлов, определение температуры по цвету нагретой заготовки

США
Россия
Украина
Беларусь
Молдова

  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1

Цвета побежалости металла – это спектр цветов, которые образуются на поверхности металла при появлении появления окисной пленки. Эти окисные пленки создаются из самого металла при нагревании. Важным условием для образования такой пленки является отсутствие воздействия воды.

Такая побежалость металла является дефектом сварного соединения.

Немного физики

Излучение, исходящее от физического тела, может состоять из 3 потоков фотонов:

  • отраженных — чем глаже поверхность, тем сильнее она отражает. Разные вещества отражают избирательно (лучи одних цветов поглощаются. других — отражаются). Избирательное отражение объясняет смысл использования красителей;
  • преломленных — характеристика прозрачных и полупрозрачных сред, сквозь которые лучи проходят, отклоняясь под определенным углом;
  • излучаемых — зависит от интенсивности нагрева вещества.

Характеристики излучения определяются только тепловой энергией тела независимо от вида вещества. Каждой температуре объекта соответствуют потоки фотонов с определенной длиной волны, воспринимаемые глазом (и интерпретируемые мозгом) человека как имеющие фиксированный цвет. Поэтому цветовой температурой называют цвет излучаемого света, выраженный в значениях температурной шкалы по Кельвину.

Градус в этой шкале обозначают буквой К. По размерности он равен градусу Цельсия. Разница только в нулевой отметке. Ноль по Кельвину — тот самый «абсолютный ноль», при котором элементарные частицы вещества неподвижны, а тело ничего не излучает. 0 К соответствует -273,15 °C.

Цветовая температура равна реальной мере нагрева только у так называемых «абсолютно черных тел» (АЧТ). Это абстрактные объекты, служащие моделями в теоретической физике, которые излучают, но ничего не отражают и не преломляют.

Абсолютно черное тело при нагрева

Рис. 1. Абсолютно черное тело излучает свет в видимом спектре исключительно в результате нагрева

Ряд веществ в некоторых температурных диапазонах ведут себя как АЧТ. Например, у расплавленного железа, нагретого до 2000 К, Tc = 2000 К. А вот у газового пламени разница очень существенная: Tc = 9000 К при реальной Т = 1200 К. Так получается, потому что пламя не только излучает, но преломляет и отражает проходящий сквозь него «чужой» и собственный излучаемый свет. Еще одна причина расхождения —спектральное смещение, но рассмотрение этого понятия выходит за рамки темы.

Температура света нагретых объектов

Рис. 2. Расплавленная сталь излучает свет как АЧТ, а Tc газового пламени (9000 К) намного больше его реальной температуры (1200 К)

В маркировку ламп, которые мы применяем в качестве источников света (ИС), в обязательном порядке входит значение цветовой температуры в Кельвинах. В ряде случаев необходимо переводить эту характеристику в длину световой волны или наоборот. Связь двух величин выражается приближенной формулой:

λm · Tc ≈ 3000 мкм · К.

Способы определения температуры без термопар

В любительской практике для определения температуры нагретой детали без измерительных приборов можно использовать несколько методов.

Что такое цветовая температура

Подключение светодиодных ламп

Все тела при нагреве излучают свет: вначале инфракрасный, а затем видимый. По спектру этого излучения можно определить температуру тела. Она измеряется в Кельвинах (К).

Справка. Есть две шкалы измерения температур: Кельвина (°К) и Цельсия (°С). 0°К=-273°С.

И наоборот, каждому оттенку цвета излучения соответствует температура предмета. Поэтому оттенки белого цвета принято обозначать в Кельвинах, чтобы не придумывать определения типа “светло-жёлтый” или “белый с голубым отливом”:

  • 0°К – абсолютно чёрное тело, отсутствие любого излучения;
  • 800°К (527°С) – тёмно-красный цвет;
  • 1300°К (1027°С) – ярко-красный. Так светится нагретый металл;
  • 2000°К (1727°С) – оранжевый. Это цвет углей (не пламени) в камине;
  • 2700°К – тёплый белый цвет. Так светятся лампочки накаливания;
  • 4500°К – нейтральный белый. Цвет пасмурного дня;
  • 5000°К – белый. Такой оттенок имеет цвет солнечного полдня;
  • 6800°К – холодный белый. Освещение на восходе солнца;
  • 9000°К – голубой. Цвет термоядерной реакции.


Цветовая температура в Кельвинах

Первый метод «по цвету накала»

Сталь при нагреве выше 530°С излучает световые лучи различного цвета в зависимости от температуры нагрева.

Цвет каления стали Температура нагрева, °С
Темно коричный (заметен в темноте) 530-580
Коричнево-красный 580-650
Темно-красный 650-730
Темно-вишнево-красный 730-770
Вишнево-красный 770-800
Светло-вишнево-красный 800-830
Светло-красный 830-900
Оранжевый 900-1050
Темно-желтый 1050-1150
Светло-желтый 1150-1250
Ослепительно-белый 1250-1350

В таблице приведены цвета каления стали, соответствующие условиям обычного дневного освещения, и температуры нагрева, соответствующие этим цветам.

При определении температуры нагрева на глаз следует иметь в виду, что окружающие световые условия (дневной яркий свет, слабое искусственное или естественное освещение) в значительной степени искажают действительную температуру нагрева металла. Кроме этого, подобный метод не может быть точным в связи с индивидуальными особенностями глаз наблюдателя. При достаточном опыте ошибка не выходит за пределы 25-30 градусов

Диапазоны Тс искусственных ИС

Как естественные (солнце, открытое пламя, раскаленный металл), так и большинство искусственных ИС излучают спектр в широком диапазоне длин волн. Значит, величина Tc для каждого из них является усредненной результирующей. Пример: если бы лампа с маркировкой «9000 К» генерировала свет только этой цветовой температуры, все предметы и поверхности в комнате казались бы окрашенными в голубой гамме. Но так не происходит, просто источник 9000 К добавляет голубой оттенок всей освещаемой сцене.

Условно лампы делятся на 3 категории по спектру излучения:

  • теплые — 2000… 4000 К;
  • нейтральные — 4000… 6000 К;
  • холодные — 6000… 25000 К.

Второй метод «по цветам отпуска (побежалости)»

При нагреве металла от 200 до 300 градусов на зачищенной наждаком поверхности появляются цвета побежалости (таблица «Цвета отпуска») за счёт образования плёнок окислов различной плотности; каждая из плёнок отражает лучи только определённого цвета.

Цвет отпуска Температура нагрева, °С
Светло-желтый 220
Соломенно-желтый 240
Коричнево-желтый 255
Красно-коричневый 265
Пурпурно-красный 275
Фиолетовый 285
Васильково-синий 295
Светло-синий 315
Серый 330

Группы, которые содержат диапазоны свечения источника света

В наше время источники света разделены на три группы:

  1. Тёплого свечения, белого. Это теплота свечения в пределах от 2700 до 3200 Кельвинов. Считается целесообразно применять такое освещение в жилых комнатах.
  2. Дневного света, белого. Этот диапазон составляет от 3500 до 5000 Кельвинов. Такое свечение наиболее похоже на утренний солнечный свет. 5000 К цветовая температура нейтрального диапазона, рекомендуется к применению в санузлах или прихожей.
  3. Также 5000 К цветовой диапазон применяется в учебных заведениях, офисах, в аллеях, парках и на производстве.
  4. Холодного свечения, белые. Диапазон света составляет от 5000 Кельвинов цветовой температуры до 7000 К, температура К 6500 также входит в этот диапазон.

Метод cпички

Спички — самое легкое и доступное средство получить огонь. Однако при помощи обычной спички можно определять температуры предварительного и сопутствующего подогрева при сварке.

Чаще всего спички делают из осины, липы, тополя или американской сосны. Надо отметить, что большинство российских предприятий делают спички из осины. Головка спички состоит из бертолетовой соли и калиевого хромпика, которые отдают кислород при высокой температуре. А для того чтобы температура не повышалась слишком сильно, в состав включают катализатор – пиролюзит. Также спичечная головка состоит из серы, клея и сульфида фосфора, которые заставляют спичку гореть. А чтобы скоростью горения можно было управлять, в массу добавляют молотое стекло, цинковые белила и железный сурик.

Для воспламенения серной головки спички необходима температура, которая превышает более, чем 180 градусов по Цельсию. Если прикоснуться головкой спички к металлу, разогретому до такой температуры, то она загорится.

Визуальное определение температуры нагретого металла

Термическую обработку стальных деталей проводят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке.
В зависимости от температуры нагрева и способа последующего охлаждения различают следующие виды термической обработки: закалка, отпуск и отжиг.

В любительской практике для определения температуры раскаленной детали по цвету можно использовать приведенную таблицу.

Цвет каления стали Температура нагрева, °С
Темно-коричневый (заметен в темноте) Коричнево-красный Темно-красный Темно-вишнево-красный Вишнево-красный Светло-вишнево-красный Светло-красный Оранжевый Темно-желтый Светло-желтый Ярко-желтый 530-580 580-650 650-730 730-770 770-800 800-830 830-900 900-1050 1050-1150 1150-1250 1250-1350

Роль Тс и других параметров при техническом нормировании освещения

При проектировании зданий и сооружений инженеры используют данные по нормированию параметров освещения из СНиП 23-05-95. Документ устанавливает правила выбора по следующим характеристикам (в порядке убывания значимости):

  • освещенность (Ev), лк = лм/м2 — главный параметр в списке;
  • цветовая температура (Tc), К или длина волны (λm), нм;
  • индекс цветопередачи (ИЦ, CRI или Ra), %;
  • Коэффициент пульсации, (Кп), %;
  • наибольшая допустимая яркость (Lmax), кд/м2;
  • Равномерность освещенности;
  • Удельная установленная мощность (Nуд), Вт/м2.

Определяющая функциональную достаточность освещения, освещенность точки пространства зависит от мощности и КПД ИС, геометрии помещения и высот расположения светильников и контрольной поверхности. Освещенность связана нелинейной зависимостью с Tc.

При малой Ev люди хуже видят красный, лучше — синий. Справедливо и обратное утверждение: чем выше Ev, тем лучше различаются оттенки красного и хуже — синего. Этот эффект отражен на графике визуального комфорта Круитхофа.

Поле оптимизации Круитхофа

Рис. 9 Поле оптимизации Круитхофа

Благодаря кривым Круитхофа мы получаем возможность оптимизировать освещение равной степени комфортности, используя разные типы ламп.

Индекс цветопередачи характеризует способность истлчника света передавать естественные тона освещаемого объекта в сравнении с условным идеалом — отраженным полуденным солнцем (5500 К). Самые высокие индексы IRC демонстрируют лампы накаливания (до 98 %), а также металогалогенные и светодиодные ИС (до 95 %).

Остальные параметры нормирования напрямую не связаны с цветовой температурой.

Освещение отдельных типов объектов и систем может нормироваться отраслевыми техническими стандартами. Например, для автомобильных дорог в РФ действует ОДМ 218.8.006-2016.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий