Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Яркостные (оптические) пирометры.
К данному типу пирометров, измеряющих яркостную температуру объекта, относятся оптические (квазимонохроматические) и фотоэлектри- ческие пирометры, измеряющие энергию потока в узком диапазоне длин волн.Наиболее распространенным прибором этой группы является квазимонохроматический пирометр с исчезающей нитью.
Принцип действия оптического пирометра с исчезающей нитью основан на сравнении монохроматической яркости излучения накаленного тела с монохроматической яркостью излучения нити специальной пирометрической лампы накаливания. Оптическая система пирометра представляет собой телескоп с объективом и окуляром. Перед окуляром помещен красный светофильтр. Спектральная характеристика пропускания светофильтра подбирается с учетом спектральной чувствительности глаза так, чтобы при рассматривании объекта через светофильтр наибольшая видимая яркость соответствовала бы длине волны около 0,65 мкм. В фокусе объектива находится вольфрамовая нить пирометрической лампочки. Нить лампочки питается от аккумулятора; ее накал можно регулировать вручную реостатом. В поле зрения телескопа наблюдатель видит участок излучающей поверхности накаленного тела (объекта измерения) и на этом фоне - нить лампочки. Если яркости нити и накаленного тела неодинаковы, нить будет видна более темной или более светлой, чем фон. Регулируя накал нити реостатом, наблюдатель добивается равенства яркостей, при этом изображение нити сольется с фоном и станет неразличимо (нить "исчезнет"). В этот момент яркостная температура нити равна яркостной температуре объекта измерения. Глаз весьма чувствителен к различению яркостей и момент "исчезновения" нити улавливается с достаточной уверенностью. Показывающий прибор, включенный в цепь нити накаливания, градуируется по образцовому пирометру или по температурным лампам, в °С яркостной температуры.
Как указывалось выше, если объект измерения по своей излучающей способности близок к абсолютно черному телу, то показываемая пирометром яркостная температура равна истинной температуре объекта. Однако излучающая способность реальных физических тел не достигает излучающей способности абсолютно черного тела. Поэтому при одинаковой яркости излучения, т.е. при одинаковой яркостной температуре, истинная температура Т реального физического тела будет выше яркостной температуры ТS, показываемой оптическим пирометром
- коэффициент излучательной способности (коэффициент черноты) реального тела для длины волны .Коэффициент излучательной способности всегда меньше единицы и больше нуля и колеблется в этих пределах в зависимости от материала, его состояния (жидкое, твердое) и шероховатости поверхности. Значительное влияние на величину коэффициента черноты оказывает наличие пленки окисла на поверхности раскаленного металла. Так, например, углеродистая сталь для = 0,65 мкм имеет в твердом состоянии = 0,35, в жидком - 0,37; наличие пленки окисла на твердой поверхности стали увеличивает коэффициент черноты до 0,8.
Для определения истинной температуры объекта в показания оптического пирометра необходимо вносить поправку, определяемую на основе формулы или по таблицам, составленным по той же формуле. При этом величина поправки может быть значительной. Например, при коэффициенте черноты = 0,35 и яркостной температуре 2400°С истинная температура составляет 2795°С.
Колебания коэффициента черноты в зависимости от состава и температуры металла и состояния его наблюдаемой поверхности являются одним из основных источников погрешностей измерения температуры оптическими пирометрами.
Во избежание перегрева нити, ее температура не должна превышать 1500°С, поэтому при измерениях в диапазоне более высоких температур перед лампой устанавливается поглощающий светофильтр, уменьшающий видимую яркость излучения объекта.
Отечественные пирометры выпускаются с диапазонами измерения 1200-3200 и 1500-6000°С. Диапазон измерения прибора может быть разбит на два поддиапазона, в этом случае пирометр имеет две шкалы. Переход с одного диапазона на другой осуществляется введением или выведением поглощающего светофильтра.
Для питания оптического пирометра типа ОППИР-017 применяется сдвоенный щелочной аккумулятор НКН-10. Сила тока в лампе регулируется реостатом. Электроизмерительный показывающий прибор представляет собой дифференциальный амперметр с двумя рамками, который реагирует на изменение тока в цепи питания и напряжения на параметрической лампе. При этом автоматически учитывается изменение сопротивления нити лампы от температуры ее накала. Время установления показания после включения прибора не превышает 8с. Основная допустимая погрешность измерения яркостной температуры зависит от диапазона температур и составляет от 1 до 25% от верхнего предела используемой, шкалы прибора.
Существуют также оптические пирометры, в которых сличение яркостей нити и объекта производится не визуально, а фотоэлектрическим устройством, что позволяет автоматизировать измерение и повысить точность определения яркостной температуры. Однако схема и конструкция прибора при этом существенно усложняются.
Принцип действия пирометров излучения и пирометрических преобразователей основан на зависимости параметров излучения от температуры измеряемого тела или среды. Пирометры и пирометрические преобразователи позволяют проводить измерение температуры бесконтактным методом, когда пирометр или пирометрический преобразователь расположен на расстоянии от объекта измерения и не искажает его температурное поле. По принципу действия пирометры и пирометрические преобразователи подразделяются на квазимонохроматические (яркостные), спектрального отношения (цветовые), полного излучения (радиационные) и частичного излучения.
В связи с тем, что излучательные свойства реальных тел очень разнообразны и зависят от температуры, длины волны и состояния поверхности тел, градуировку пирометров излучения производят по излучению абсолютно черного тела. Поэтому при измерении температуры реальных тел пирометры излучения и пирометрические преобразователи дают значение условной или псевдотемпературы, которая носит соответственно названия яркостной, цветовой или радиационной температуры. Яркостная и радиационная температуры ниже действительной температуры тела. Цветовая температура может быть ниже и выше действительной температуры тел, но она ближе к ней, чем яркостная или радиационная. Действительная температура тела может быть определена по условной температуре расчетным путем.
Связь показаний пирометра частичного излучения с действительной температурой тела может быть определена только экспериментально.
Пирометры излучения могут применяться для измерения температуры твердых и жидких тел которые имеют непрерывный спектр излучения. Для измерения температуры газов и паров, имеющих линейчатые или полосовые спектры излучения, промышленные пирометры излучения, как правило, применены быть не могут. Возможно измерение температуры газа с применением промежуточного излучателя помещением в газовый поток какого-либо твердого тела и последующим визированием его излучения.
Наибольшей чувствительностью обладают квазимонохроматические пирометры (спектральная энергетическая яркость при изменении температуры в 2 раза может измениться примерно в 60000 раз), наименьшей чувствительностью—радиационные пирометры (полная энергия излученияпропорциональна четвертой степени температуры)
Наиболее простые по устройству и наиболее надежные -радиационные пирометры, наиболее сложные и менее надежные - пирометры спектрального отношения (цветовые).
На результаты измерения температуры пирометрами излучения влияет коэффициент излучения тел, который для одного и того же телa в зависимости от состояния поверхности может различаться и 2—3 раза Методическая погрешность, вызываемая неточностью коэффициента излучения, имеет наибольшее значение у радиационных пирометров—она может достигать сотен градусов Наименьшее значение эта погрешность имеет у пирометров спектрального отношения - она исчисляется десятками градусов.
Ослабление теплового излучения промежуточной средой, находящейся между объектом измерения и пирометром, влияет на результаты измерения всех пирометров. Однако степень этого влияния может быть различной. Например, запыленность и задымленность промежуточной среды в наибольшей степени влияет на показания пирометров полного или частичного излучения. Это объясняется тем, что частицы пыли, копоти рассеивают излучение, ослабляя практически все длины волн Существенное влияние на показания пирометров полного излучения оказывают водяные пары и углекислый газ, находящиеся в промежуточной среде, причем, в области пропускания стеклянной и кварцевой оптики пирометров находится несколько полос поглощения Н2O и СО2.
Влияние промежуточной среды на показания квазимонохроматических пирометров и пирометров спектрального отношения практически отсутствует Исключение составляют случаи, когда спектры поглощения веществ, находящихся в промежуточной среде, coвпадают с длинами волн, при которых проводятся измерения На результаты измерения также будет оказывать влияние пыль с частицами размером меньшим, чем эффективная длина волны (0,65 или 0,45 мкм). Однако таких частиц, как правило, немного.
Для измерения яркостной температуры твердых и жидких тел малого размера применяется оптический микропирометр типа ВИМП-015 М. Пределы измерения 400—4000° С с поддиапазонами 400-850, 800-1400, 1200-2000, 1800-4000° С и допускаемой основной погрешностью в зависимости от диапазона измерения ±12; ±14; ±20 и :±50° С. Минимальные размеры визируемого тела 0,1х0,1мм. Номинальное расстояние до объекта 170мм, показатель визирования (отношение диаметра объекта к расстоянию от объектива до измеряемого объекта) 1 ÷ 1300. Эффективная длина волны в видимой части спектра 0,65±0,01 мкм, в ближней инфракрасной области 1,02±0,03 мкм.
Для измерения яркостной температуры в металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности применяется промышленный переносной визуальный пирометр «Проминь». Пределы измерения 800—5000 °С с поддиапазонами 800—1400. 1200—2000 1800—5000° С и допускаемой основной погрешностью ±14, ±20 и ±150°С. Показатель визирования 1:100. Эффективная длина волны 0,6560,005 мкм
Пирометрические преобразователи и пирометры монохроматические и частичного излучения типа «Смотрич» предназначены для бесконтактного измерения и регулирования температуры в диапазоне 30—3500° С..
Пирометрические преобразователи и пирометры спектрального отношения (цветовые) предназначены для систем прецизионного регулирования и контроля цветовой температуры в различных отраслях промышленности при научных исследованиях.
Для бесконтактного измерения и регулирования температуры в промышленности выпускается агрегатный комплекс стационарных пирометрических преобразователей и пирометров (АПИР-С), В комплекс входят пирометрические преобразователи четырех типоразмеров (диаметр корпуса 13, 25, 50 и 100 мм) для преобразования энергии излучения в электрический сигнал (преобразователи полного излучения термоэлектрические ППТ и преобразователи частичного излучения фотодиодные ПЧД); вторичные измерительные преобразователи (ПВ) для преобразования сигналов от ППТ и ПЧД в унифицированный выходной токовый сигнал 0—5 или 4—20 мА или сигнал по напряжению 0—0,1 или 0—10 В. В ПВ могут входить блоки запоминания, индикации и линеаризации.