Technologie
Le pyromètre acoustique est une technologie qui a fait ses preuves et qui utilise des ondes acoustiques pour fournir des mesures de la température en temps réel dans les entreprises de services et les industries dans les chaudières, les fours et les cheminées.
Ondes Acoustiques
Le son est un instrument puissant pour la mesure et la détermination de certaines caractéristiques physiques de l'air et des gaz en général. Reconnaissant le potentiel du son, SEI a concentré son expertise sur la physique du son, l'électronique, le traitement des signaux numériques et le développement de logiciels pour créer des produits fortement innovateurs qui utilisent le son pour résoudre des problèmes du monde réel concernant une grande variété d'usages industriels.
Les ondes acoustiques peuvent être utilisées pour mesurer avec exactitude la température d'un gaz. Nos systèmes complets Boilerwatch®MMP-II sont les meilleurs pour les trajectoires multiples et la création de cartes de profils thermiques et de distribution des températures.
Des informations complémentaires et des applications du brevet des technologies acoustiques de SEI se trouvent dans différentes publications industrielles (voir Publications), y compris des articles publiés et des documents de conférences techniques. Vous pouvez consulter également notre page sur La littérature pour les essais de viabilité, les rapports et les feuilles de données.
Mesure de la température des gaz
La température du gaz est un des paramètres les plus importants à mesurer dans une grande variété de processus industriels. Par exemple, la conception progressive et l'opération des chaudières alimentées au charbon, huile, pétrole, gaz naturel, substances chimiques récupérées de la liqueur noire et de matières de déchet, dépendent de plus en plus de la supervision critique et de l'évaluation des conditions de température du gaz dans le four et les sections de super-chaleur du processus thermique.
L'opération appropriée des chaudières et l'optimisation de leur fonctionnement exigent la surveillance de leur température et une combustion adéquate et complète des différents combustibles utilisés.
De faibles niveaux de sur-températures auxquels est soumis tout tuyau de chaudière en métallurgie, provoquent des réductions dans l'espérance de la durée de vie de l'équipement correspondant, et diminuent en conséquence les indices de disponibilité de l'unité, sans oublier les réparations pour interruption forcée. Une mesure directe et exacte de la température du gaz peut offrir un contrôle important des frais, ainsi que les informations pour la conception et l'opération des chaudières, des fours et de nombreux autres processus industriels.
Théorie de la mesure acoustique de la température
Il est bien connu que la vitesse du son est une fonction de la température du milieu dans lequel l'onde acoustique se déplace. Dans les systèmes de détermination des distances, la variation de la vitesse du son est traitée comme une erreur qui exige la correction appropriée. En pyrométrie acoustique les changements de la vitesse du son fournissent la mesure souhaitée.
Depuis quelque temps l’on sait également que la mesure du temps de vol du son est utilisée pour calculer la distance dans les applications météorologiques, hydrologiques et industrielles. D'autre part, la détermination de la température exige la mesure du temps de vol d'une pulsation acoustique sur une distance connue. Cette mesure fournit la température moyenne du milieu gazeux tout au long de la trajectoire acoustique.
Les principes impliqués dans la pyrométrie acoustique sont clairs: La vitesse du son (c) est, dans un gaz, liée à la température du gaz suivant l'équation:
c = sqrt[rRT/M] (1)
| où: |
r = ratio de la chaleur spécifique du gaz à une pression constante dans un volume constant |
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R = constante universelle du gaz (8,314 J/K-mol) |
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T = température absolue (degrés Kelvin) |
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M = poids molléculaire du gaz (kg/mol) |
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En théorie, un système de pyrométre acoustique exige simplement une source de son (le transmetteur) pour être placée sur un côté du four, et un récepteur ou micro situé sur le côté opposé. Le transmetteur émet une pulsation acoustique et le récepteur la détecte. En mesurant le temps nécessaire pour que l'onde de son se déplace du transmetteur au récepteur, et la distance étant connue et fixée, nous pouvons alors tout simplement calculer la température moyenne du gaz sur la trajectoire parcourue par la pulsation acoustique.
Cette méthode est, cependant, un défi dans la pratique. Par exemple, l'on a déterminé que la gamme de fréquence pratique pour une pulsation acoustique à l'intérieur d'un four d'une chaudière de grande capacité se situe entre 500 Hz et 2000 Hz. De même, alors que la température du gaz concerné peut atteindre 3000 degrés F, la vitesse du son peut être supérieure à 880 mètres/seconde et la longueur d'onde du signal est d'environ 1 mètre. Le temps de vol de la pulsation acoustique doit être placé à une fraction d'une longueur d'onde pour obtenir la résolution pratique de la température et une certitude acceptable du système. Les problèmes se posent aussi du fait que la trajectoire acoustique est généralement distorsionnée par des variables thermiques et de vitesse sévères, ainsi que par des cavités entre des bancs de tuyau situés sur plusieurs points le long d'une chaudière.
La vitesse du son est déterminée en mesurant le temps de vol d'une onde acoustique, et en le divisant ensuite par la distance parcourue:
c = d/t
(2)
où: |
c = vitesse du son (mètre/seconde) |
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d = distance du trajet de l'onde acoustique (mètres) |
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t = temps de vol de l'onde acoustique (secondes) |
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Une fois que l'on connaît la vitesse du son, la température peut être calculée en combinant les équations (1) et (2), ce qui donne comme résultat une expression mettant en relation la température du gaz et la distance et le temps de vol:
T = (d/Bt)2 - 273.16
où: |
T = température du gaz en ºC |
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d = distance (mètres) |
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B = constante acoustique du gaz = sqrt(rR/M) unités SI |
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| t = temps de vol (secondes) |
Pour mesurer la température du gaz dans un four, la distance (d) entre le transmetteur acoustique et le récepteur est fixée et déterminée facilement, la constante acoustique (B) étant calculée à partir d'une analyse du combustible ou de son gaz, et le temps de vol (t) étant mesuré par le pyromètre acoustique. Ces informations permettent de calculer la température moyenne du gaz à travers la trajectoire.
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