測試者：Jim Bertrand，加拿大卡爾加里大學

測試：接觸式和非接觸式溫度測量

不管是跨州運送一整列散裝產(chǎn)品、通過長長的雙層集裝箱列車運輸制成品，還是用鐵路罐車將有毒化學品運送到工業(yè)園區(qū)，或通過繁忙進出于都市的市郊列車來運送旅客，都必須要保證火車按照時刻表在鐵軌上正常行駛。Fluke 68紅外溫度計正在幫助加拿大卡爾加里大學 Schulich 工程學院的一名土木工程碩士研究生(MSc)進行著一項意在提高鐵路運輸安全性的研究。根據(jù)鋼軌表面的性質，在測量鋼軌溫度時，需要使用不同的溫度測量儀器。Jim Bertrand借助于Fluke 68 紅外 (IR)溫度計來測量粗糙、氧化側面上的鋼軌溫度，并使用一個外部電阻溫度檢測器(RTD)來測量光亮行駛表面的溫度。通過組合使用 RTD 和紅外儀器，可以計算出鋼軌不同表面的發(fā)射率。“只要是陽光充足的天氣（無論是夏季或是冬季），鋼軌的溫度通常都會比周圍環(huán)境溫度高出20 - 25攝氏度（36 – 45 華氏度）。冬季里，空氣的溫度可能為-5℃(23°F)，而鋼軌的溫度可能達到20℃ (68°F)。而夏季里，空氣的溫度可能為30℃(86°F)，而鋼軌的溫度可能達到55℃ (131°F)。”Bertrand說。

“現(xiàn)代鐵路鋼軌都被焊接為連續(xù)的整段，沒有隨溫度變化進行膨脹和收縮的容差。每當鋼軌溫度超過45℃或113°F時，過大的軸向力就會使連續(xù)焊接鋼軌(CWR)的各段錯開，或在直形鋼軌上彎曲成‘S’形狀，在曲線鋼軌上彎曲成‘C’形狀。”他補充說。鋼軌彎曲經(jīng)常發(fā)生在以正常速度行駛的列車，且常常會導致鋼軌變形和車輪脫軌。為保證鐵路的正常運行，鐵路部門通常會在空氣溫度高于30℃或86°F時減緩所有列車的運行速度。

“我的初步研究表明，在確定鋼軌是否將達到臨界鋼軌溫度時，鋼軌的方向是一個重要因素。不同方向的鋼軌溫度差經(jīng)?？筛哌_15°F。這會導致在有些天內某些鋼軌段可能會達到彎曲變形的溫度，但同時，其他方向上的鋼軌則完全無法吸收產(chǎn)生彎曲變形所需的能量。當完全了解這一現(xiàn)象后，就有可能提高鋼軌安全性，并從總體上提高鐵路運行效率。”Bertrand 自2004年6月開始就一直進行著這項研究工作，到現(xiàn)在為止，盡管他已了解到了很多東西，但大部分的經(jīng)驗數(shù)據(jù)都是從卡爾加里的一個郊區(qū)設施中收集的。在位于里賈納市南部和多倫多北部的大氣研究中心以及位于哥倫比亞省利頓市和紐布朗斯維克省弗雷德里克頓市的參考氣候中心，加拿大環(huán)境部安裝了眾多現(xiàn)場鐵路鋼軌溫度測量站。另外，美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)和國家氣候數(shù)據(jù)中心(NCDC)（EC 的美國對等機構）都已同意在美國安裝現(xiàn)場鐵路鋼軌溫度測量站，以對在低緯度高溫/干燥氣候條件下（亞利桑那州的尤馬）以及高溫/潮濕氣候條件下（田納西州的孟斐斯）的氣候加熱機制進行量化。區(qū)分鋼軌表面發(fā)出的熱量，Bertrand需要的不僅僅是一個簡單的溫度計。“Fluke 68儀器之所以能幫助我進行研究，主要是因為它具有較高儀器質量和可靠性，50:1的距離與光點之比，并且可以將80PR-60 RTD溫度探頭與Fluke 68的紅外測量功能結合使用，以幫助建立暴露的表面鋼軌在各種表面條件下的發(fā)射率。”Bertrand說。
Jim的小型鋼軌測試裝置與一個氣象站相結合以進行鋼軌溫度測量，并根據(jù)陽光角度、環(huán)境溫度、風速和相對濕度等對測量值進行比較。

去年一月，在渥太華市的加拿大自然資源部(NRCan)測試實驗室里，在各種鋼軌表面條件下，Bertrand測定了可見的、近紅外短波（波長 300-2500 nm）輻射的鋼軌的吸收性質。但是，該實驗設備不能用于測量來自表面的波長在8 - 15 um范圍內的較低輻射能量。了解鋼軌鋼材的吸收和發(fā)射性質，對于研究出完全理解暴露鋼軌的加熱所需的能量平衡公式非常重要。Bertrand在將來的研究中，使用更加精密的福祿克溫度測量儀器來區(qū)分一側鋼軌與另一側鋼軌加熱差別的可能性，區(qū)分安裝在不同地形背景下鋼軌加熱差別的可能性，以及區(qū)分采用不同道碴、鋼軌尺寸和木枕、混凝土枕以及鋼枕配置所構成的鋼軌的總體加熱環(huán)境差別的可能性正在調查中。