Яркостные пирометры

Основаны на использова­нии зависимости от температуры мощности излучения в ограни­ченном диапазоне длин волн. Рабочий: диапазон измерений таких пирометров от –100 до +6000°С. Основная погрешность изме­рения для различных типов пирометров лежит в пределах 0,25— 2,5%, быстродействие 0,001 - 2,5 с.

Разновидностью пирометра частичного излучения является монохроматический яркостный пирометр, основанный на сравне­нии энергетической яркости объекта исследования с энергетиче­ской яркостью образцового излучателя в узком участке спектра излучения.

Вследствие неполноты излучения реальных тел яркостные пи­рометры измеряют не действительную температуру тела Т,а так называемую яркостную температуру Т_я.Соотношение между дей­ствительной и яркостной температурами, как следует из законов излучения, определяется выражением

где — коэффициент теплового излучения для длины волны . Большинство яркостных пирометров, работающих в видимой области спектра, снабжаются красным светофильтром, обеспечивающим эффективную длину волны. В зависимости от материала излучателя и состояния его по­верхности значения коэффициента теплового излучения ко­леблются в широких пределах: 0< ≤1. Сравнение энергетических яркостей объекта исследования и образцового излучателя может осуществляться автоматически или визуально человеком. Широкое применение для изме­рения температур в диапазоне 300—6000°С получили визуальные пирометры с исчезающей нитью. В таком пирометре изображение объекта путем перемеще­ния объектива совмещается с пло­скостью нити лампы накаливания. Наблюдая изображения объекта и нити через светофильтр и окуляр,наблюдатель меняет ток накала нити лампы до тех пор, пока середина на­каленной нити не исчезнет на фоне изображения объекта. Это свидетельствует о ра­венстве энергетических яркостей излучающего объекта и нити в области спектра, определяемого характеристикой пропускания красного фильтра и спектральной характеристикой чувстви­тельности глаза наблюдателя , максимум которой для нор­мальных глаз соответствует длине волны мкм. Зависимость между током лампы и яркостной температурой определяется путем градуировки термометра по температуре АЧТ. Шкала такого пирометра имеет резко нелинейную харак­теристику, поскольку яркость нити примерно пропорциональна пятой степени тока накала нити. Равномерную шкалу можно по­лучить, если ток накала нити и, следовательно, ее температуру поддерживать постоянными, а выравнивание яркости нити и объекта осуществлять перемещением нейтрального поглотителя с переменной плотностью, устанавливаемого между объективом и температурной лампой. Яркостная температура в этом случае определяется по шкале отсчетного устройства, регистрирующего положение клина. Для увеличения верхнего предела измерения пирометров при­меняются нейтральные поглотители с известным коэффициентом пропускания ,который определяется из выражения

где — длина волны; С₂ — вторая постоянная излучения; Т₁- температура АЧТ, измеренная пирометром без поглотителя; Т₂ - температура АЧТ, измеренная при наличии поглотителя.

30 Цветовые пирометры.

Пирометры спектрального отношения, или цветовые пиро­метры. Они показывают так называемую цветовую температуру тела Т_ц - условную температуру, при которой АЧТ имеет такое же относительное спектральное распределение энергетической яр­кости, что и исследуемое реальное тело с действительной темпе­ратурой Т.

Показания пирометра спектрального отношения соответствуют действительной температуре, если объект является абсолютно черным или серым телом, т. е. таким телом, у которого излуча-тельная способность для всех длин волн одинакова.

Если зависит от длины волны, то связь между действительной и цветовой температурой определяется выражением:

(12-3)

Где — коэффициенты излучательной способности тела со­ответственно на длинах волн

Из выражения (12-3) следует, что пирометры спектрального отношения, в отличие от пирометров полного или частичного из­лучения, показывают действительную температуру серых тел и их показания не зависят от излучательной способности тела до тех пор, пока .

Для многих тел не остается постоянным с изменением длины волны. У металлов уменьшается сростом длины волны, у неметаллических тел в ряде случаев , наоборот, увеличивается. Поскольку при величина … , то измеренная цветовая температура, как следует из выражения (12-3), может быть больше, меньше действительной температуры или равна ей. Из этого же выражения следует, что цветовая температура Т_цтела тем ближе к действительной температуре, чем больше раз­ность .

В целом погрешности пирометров спектрального отношения меньше, чем у пирометров полного или частичного излучения. Их показания принципиально не зависят от расстояния до объ­екта исследования, а также от поглощения излучения в промежу­точной среде между объектом и пирометром, если .

В большинстве серийно выпускаемых пирометров модуляция излучения осуществляется при помощи механических модулято­ров, приводимых в движение синхронными микродвигателями. В качестве приемников излучения применяются термобатареи (в пирометрах полного излучения), фотодиоды, фоторезисторы или пироэлектрические приемники. В некоторых приборах при­емники излучения термостатированы. Большинство пирометров имеют стандартный выходной сигнал постоянного тока 0—5 мА или 4—20 мА и постоянного напряжения 0—100 мВ или 0—10 В.

31Волоконно-оптические преобразователи. Одними из универсальных элементов, способных осуществлять преобразование различных физических величин, являются оптоэлектронные преобразователи, в которых измеряемая величина воздействует на оптический канал, изменяя параметр излучаемого потока при его распространении от источника к приемнику (рис. 9). Наиболее просты по конструкции оптоэлектронные преобразователи, где под воздействием физической величины изменяется интенсивность потока некогерентного излучения.

Оптический канал (рис. 10) может быть выполнен в виде двух световодов (единичных оптических волокон или жгутов волокон) и промежутка между ними. Поток излучения от источника вводится в передающий световод 1. На выходе передающего световода в зоне измерений формируется поток излучения, заключенный в конусе апертуры световода. Часть потока излучения падает на вход световода 2, выводится из зоны измерений к фотоприемнику и преобразуется в пропорциональный электрический сигнал. Физическую основу работы таких оптоэлектронных преобразователей составляет изменение (под действием измеряемого параметра) интенсивности излучения, проходящего с выхода передающего световода на вход приемного световода в соответствии с диаграммой направленности, светопропусканием световодов и способами модуляции.

Во всех рассматриваемых преобразователях получение измерительной информации связано с изменением амплитуды потока, проходящего с торца передающего световода под влиянием измеряемого параметра.

В принципе такое изменение может быть получено в результате воздействия большинства известных физических величин либо непосредственно на проходящий в промежутке поток, либо через вспомогательные измерительные звенья.

Как было указано раньше, преобразователи, в которых для получения измерительной информации используется отражение от поверхности объекта измерений или измерительного звена преобразователя, называют рефлектометрическими ВОП.

Если при распространении между торцами световодов поток не меняет своего общего направления, то такие преобразователи называют ВОПпроходящего типа.

ВОП очень широко используются в производстве, в частности при различных контролях. Особенностью технологического контроля в автоматизированных производствах является то, что методы статистического контроля, используемого в крупносерийном производстве, становятся малопригодны ми.

Другой особенностью контроля в производстве можно считать повышенные требования к информационной надежности средств контроля, которые должны сохранять метрологические характеристики в течение всего периода между профилактическими остановками оборудования.

И, наконец, немаловажным фактором является стоимость контрольно-измерительных систем. При большом числе первичных преобразователей различных физических величин с сопутствующими средствами первичной обработки информации, аппаратным и программным обеспечением стоимость контроля может оказывать существенное влияние на общую стоимость изделий, что снижает экономическую эффективность производства.

Дата добавления: 2015-03-29