Радиационные пирометры

В отличие от оптических пирометров с исчезающей нитью и цве­товых пирометров, в радиационных пирометрах используется тепловое действие полного излучения нагретого тела, включая как видимое так и невидимое излучение. Поэтому радиационные пирометры называются также пирометрами полного излучения. В качестве чувствительного элемента в радиационных пирометрах используется термобатарея из нескольких миниатюрных последовательно моединенных термопар, рабочие спаи которых нагреваются излучением объекта измерения, фокусируемым с помощью оптической системы. Возникающа т. э. д. с. Измеряется с помощью милливольтметра или автоматического потенциометра, градуированного в град.

Зависимость между полной энергией излучения абсолютно черного тела и его температурой выражается уравнением

(1)

где — полная энергия, излучаемая телом при абсолютной температуре Т за 1 сек. с поверхности площадью 1 см²; — коэффициент пропорциональности; . Для тел, не являющихся абсолютно черными,

(2)

где — коэффициент излучательной способности, определенный для полного излучения тела (0 < < 1). Радиационные пирометры градуируются по абсолютно черному телу и показывают так называемую «радиационную» температуру; связь между истинной температурой излучающего тела и его радиа­ционной температурой, показываемой прибором, устанавливается из формул (1) и (2);

(3)

где Тр — радиационная температура тела, показываемая радиа­ционным пирометром. Так как < 1, то истинная температура больше радиационной. Радиационная температура может отли­чаться от истинной еще больше, чем яркостная. Поправки, которые необходимо вносить в показания радиационного пирометра для определения истинной температуры, могут достигать нескольких сотен градусов, если объект измерения по своим радиационным свойствам значительно отличается от абсолютно черного тела.

Основные части комплекта радиационного пирометра — телескоп, содержащий чувствительный элемент, и измерительный прибор (например, автоматический потенциометр), соединенныйкабелем с телескопом.

На фиг. 205 показана схема телескопа радиационного пиро­метра и устройство термобатареи. В корпусе 1 помещены объек­тив 2 и окуляр 7. Окуляр служит для визирования телескопа на объект измерения. Излучение объекта через объектив, ограни­чительную диафрагму 10 и камеру 9 с зачерненными стенками попа­дает на рабочие концы термопар, соединенных последовательно и образующих термобатарею 5. Термопары (фиг. 205, б) выполнены из тонких проволочек, расплющенных по концам и зачерненных. Свободные концы термопар приварены к тонким металлическим пластинкам, укрепленным в слюдяном кольце, зажатом в корпусе телескопа. Тонкие, звездообразно расположенные термоэлектроды не мешают визированию телескопа. Крепление обеспечивает хорошую теплопередачу между свободными концами термопар и корпусом, благодаря чему температура свободных концов практически равна температуре корпуса. Для частичной компенсации влияния изме­нения температуры свободных концов применена никелевая катушка сопротивления 4, размещенная вблизи свободных концов и шунти­рующая термобатарею. Концы термобатареи присоединены к выводам 6 и 8. Регулирование чувствительности производится осевым перемещением ограничительной диафрагмы 10 по резьбе с помощью шестерни 3. Выводы термобатареи присоединяются кабелем к изме­рительному прибору (милливольтметру или автоматическому потен­циометру), градуированному в град.

В некоторых конструкциях корпус телескопа во избежание пере­грева снабжается защитной рубашкой с водяным охлаждением.

Положительной особенностью радиационных пирометров является то, что их можно применять также и для измерения невысоких тем­ператур, при которых объект измерения не дает видимого излу­чения. Возможно также измерение температуры тел, более холод­ных чем окружающая среда. В этом последнем случае термобатарея не нагревается, а охлаждается во время радиационного теплообмена между ней и объектом измерения. В условиях, когда разница тем­ператур объекта измерения и окружающей среды невелика, необхо­димо тщательное термостатирование свободных концов термопар термобатареи или всего корпуса телескопа пирометра.

В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от —40 до 2500° С. Особенно большие перспективы имеет применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической и цветовой пирометрии неприменимы, в частности, для измерения невысоких температур движущихся предметов (например, изделий на конвейерах, транспортерах и т. д.).

Радиационные пирометры, как и цветовые, пригодны для непре­рывного измерения и регистрации температуры, а также для применения в системах автоматического регулирования. При измерении температуры тел по излучательной способности близких кабсолютно черному телу, основная погрешность измерения не превышает 1% верхнего предела измерения прибора.

Для обеспечения точности измерения радиационным пирометром необходимо, чтобы изображение объекта, создаваемое объективом на рабочих спаях термопар, полностью покрывало рабочие спаи. Для этого размеры излучающей поверхности объекта должны быть достаточно большими. Для большинства применяемых типов теле­скопов диаметр излучающей поверхности объекта должен быть не менее 1/6—1 /20 расстояния от объектива до излучающей поверх­ности. При слишком малых размерах излучающей поверхности пока­зания прибора будут заниженными. Источником погрешности изме­рения может быть также недостаточная прозрачность среды между телескопом и объектом измерения и загрязнение оптики телескопа.

Типы и основные параметры выпускаемых в радиацион­ных термоэлектрических пирометров для измерения температуры поверхности нагретых тел от 600 до 2500° С установлены ГОСТом 6923-54.

Дата добавления: 2014-01-15