Технологии » 2011 » Сентябрь » 27 » Измерительные приборы.Термометры.Принцип действия.
23:26
Измерительные приборы.Термометры.Принцип действия.

Пирометры (от греч. руr-огонь и metreo - измеряю).
При высокой температуре любое нагретое тело значительную долю тепловой энергии излучает в виде потока световых и тепловых лучей.

Чем выше температура нагретого тела, тем больше интенсивность излучения.
Тело, нагретое приблизительно до 600 °С, излучает невидимые инфракрасные тепловые лучи.
Дальнейшее увеличение температуры приводит к появлению в спектре излучения видимых световых лучей.
 
По мере повышения температуры цвет меняется: красный цвет переходит в желтый и белый, представляющий собой смесь излучений разной длины волны.

Способность к излучению различна у разных поверхностей.
Наибольшей лучеиспускательной и лучепоглощающей способностью обладает так называемое абсолютно черное тело.
Реально существующие в природе тела не обладают свойствами абсолютно черного тела, но могут иметь близкие к нему свойства.
Например, лучеиспускательная способность графита в порошке составляет 95% по отношению к излучательной способности абсолютно черного тела.
Энергия излучения неравномерно распределяется между колебаниями с равной длиной волны.
 
Чем выше температура, тем большая доля энергии приходится на излучение с меньшей длиной волны.
Например, в солнечном свете значительную долю составляет ультрафиолетовое излучение с малой длиной волны.
Яркость излучения однозначно зависит от температуры, следовательно, измеряя яркость, можно определить температуру.
 
Существующие приборы для измерения температуры по интенсивности излучения градуируют по излучению искусственного абсолютно черного тела.
Поэтому при практических измерениях они заведомо имеют некоторую погрешность.
 
Особенностью пирометров излучения является то, что измерение температуры производится без непосредственного контакта прибора с объектом измерения, что позволяет контролировать температуру сильно нагретых тел, а также движущихся объектов.

По принципу действия пирометры излучения разделяют на оптические и радиационные.
 
Оптический пирометр с изчезающей 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 Т °С яркостной температуры.
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 °С 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 применяется сдвоенный щелочной аккумулятор. 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.
 
Цветовые пирометры.
Действие этих пирометров основано на том, что с изменением температуры меняется цвет накаленного тела.
При этом, если выделить в спектре излучения накаленного тела два монохроматических излучения с длинами волн и  (соответствующих, например, красному и синему свету), то с изменением цвета будет меняться соотношение яркостей этих излучений.
 
Принципиальная схема цветового пирометра.
Излучение объекта измерения через защитное стекло и объектив падает на фотоэлемент.
Между объективом и фотоэлементом установлен вращающийся диск (обтюратор), в который вставлены два светофильтра – красный и синий.
Благодаря этому фотоэлемент попеременно освещается красным и синим светом и выдает поочередно импульсы тока, пропорциональные монохроматическим яркостям красного и синего излучений накаленного тела.
Эти импульсы усиливаются усилителем  и преобразуются специальным электронным логарифмирующим устройством  в постоянный ток, сила которого пропорциональна величине lnR, т.е. линейно зависит от обратной величины абсолютной температуры тела.
Выходной ток логарифмирующего устройства измеряется и регистрируется показывающим и регистрирующим магнитоэлектрическим гальванометром, шкала и диаграмма которого градуированы в град.
 
Прибор градуируется по абсолютно черному телу, поэтому его показания соответствуют истинной температуре абсолютно черного тела, а также "серых" тел.
Диапазон измерения пирометров от 1400 до 2500 °С.
Этот диапазон разбит на несколько поддиапазонов.
Переход от одного поддиапазона к другому производится с помощью специальных добавочных светофильтров.

В отличие от пирометров с исчезающей нитью на показания цветового пирометра практически не влияют изменения коэффициента излучающей способности тела, обусловленные изменением его температуры, состояния поверхности, состава и другими причинами, а также не влияет ослабление излучения не вполне прозрачной атмосферой между объектом и датчиком.
Благодаря этому цветовой пирометр обеспечивает высокую точность измерения: основная погрешность при измерении температуры "серых" тел не превышает ±1% верхнего предела измерения для данного поддиапазона.
 
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 не видимое излучение.

В связи с этим радиационные пирометры называются также пирометрами полного излучения.
В качестве чувствительного элемента в радиационных пирометрах используется термобатарея из нескольких миниатюрных последовательно соединенных термопар, рабочие спаи которых нагреваются излучением объекта измерения, фокусируемых с помощью оптической системы. Возникающая Т.Э.Д.С. измеряется с помощью милливольтметра или автоматического потенциометра, градуированного в градусах.
Радиационные пирометры градуируются по абсолютно черному телу и показывают так называемую "радиационную" температуру.

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 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 или всего корпуса телескопа пирометра.

В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от -40 до 2500 °С.
 
Особенно удобно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической и цветовой пирометрии неприемлемы, например, для измерения невысоких температур движущихся предметов.

Радиационные пирометры, как и цветовые, пригодны для непрерывного измерения и регистрации температуры, а также для применения в системах автоматического регулирования.
При измерении температуры тел, близких по излучающей способности к абсолютно черному телу, основная погрешность измерения не превышает 1% верхнего предела измерения.
Для обеспечения точности измерения радиационным пирометром необходимо, чтобы изображение объекта, создаваемое объективом на рабочих спаях термопар, полностью покрывало рабочие спаи.
 
Для большинства применяемых типов радиационных пирометров диаметр излучающей поверхности объекта должен быть не менее расстояния от объектива до излучающей поверхности.
При слишком малой излучающей поверхности показания прибора будут заниженными.
Источником погрешностей измерения может быть также недостаточная прозрачность среды между телескопом и объектом измерения и загрязнение оптики телескопа.
 
Для защиты пирометров от случайных повреждений различными выбросами газов и раскаленных частиц, например, при измерении температуры в топках котлов применяют так называемые калильные трубки.
Калильную трубку изготавливают из огнеупорного материала и помещают в топку котла закрытым концом внутрь. Пламенем топки трубка быстро нагревается, и температура ее становится равной температуре топки. Телескоп радиационного пирометра направляется во внутреннюю полость трубки, выполняющей роль излучателя, и затем в обычном порядке производят измерение температуры.
Открыть | Закрыть
  • Видеоролик.Пирометр Fluke 62.
    • Embed:
Технические характеристики пирометра АКИП-9302.
 
Бесконтактный инфракрасный (ИК) радиационный пирометр АКИП-9302 для промышленного и бытового применения.
За счет автоматического отключения питания через 6 с после замера (нажатия курка) обеспечивается продление ресурса батареи питания прибора.
Благодаря пистолетному типу корпуса, пирометр удобно располагается в руке и легко управляется оператором в процессе измерений.
Для наведения на объект применён одноточечный лазерный целеуказатель.
Пирометр позволяет на ранней стадии диагностировать процессы перегрева частей и деталей оборудования, осуществлять непрерывный мониторинг разогрева наиболее нагруженных элементов ЭУ или ответственных технологических процессов.

В дополнение к режимам и возможностям обычного пирометра АКИП-9302 обладает двумя инновационными свойствами:
  • Функция eSmart – востребована пользователями со специфическими условиями измерений. Например, когда необходимо определить температуру поверхности объекта или среды с неизвестными физическими свойствами и характеристиками ИК эмиссии. Для этого к поверхности прикладывается зонд термопары К-типа и нажимается курок для замера Ик излучения. С помощью встроенной программы происходит уточнение значения реальной эмиссии, которое затем сохраняется в памяти прибора для последующих замеров.
  • Функция цветовой сигнализации CIS - (изменение цвета подсветки ЖК-индикатора в режиме допускового контроля) помимо звукового сигнала при выходе за пределы установленные пользователем (Hi / Low: верхний и нижний). Т.е. при активации данной функции выход за установленные пределы сигнализируется красным свечением дисплея (подсветкой).
Особенности пирометра АКИП-9302:
Бесконтактное измерение температуры: -28 °С …+535 °С;
Базовая погрешность: ± 2 % (отображение результата в °С/ °F);
Изменяемый коэффициент: излучения 0,10 … 1,00;
Оптическое разрешение 12:1;
Встроенный канал измерения температуры с помощью термопары;
Режим регистрации: МАКС/МИН/УСРЕД значений;
Режим допускового сканирования температуры Hi/Low с акустической и визуальной сигнализацией;
Функция блокировки измерительного триггера;
10 ячеек памяти;
Лазерный целеуказатель (одноточечный, отключаемый);
ЖК-дисплей (3 ½) с подсветкой, время отклика 500 мс;
Функция удержания показаний, индикация разряда батареи;
Автоматическое выключение питания;
Компактный, удобный в эксплуатации.
Технические характеристики пирометра АКИП-9302:

ТЕМПЕРАТУРА (БЕСКОНТАКТНО)
Диапазон температур: -28 оС ... +535 оС;
Разрешение: 0,1 оС;
Погрешность измерения:
± 2 оС (-20 ... +100 оС),
± 2 % (100 ... +535 оС);
Диапазон ИК волн: 5 ... 14 мкм.

ТЕМПЕРАТУРА (КОНТАКТНО)
Диапазон температур: -200 оС ... +1380 оС;
Разрешение: 0,1 оС;
Погрешность измерения: ± 1,5 % +1 оС;
Тип термопары К-типа.

ДИСПЛЕЙ
Тип индикатора жидкокристаллический;
Подсветка дисплея светодиодная;
Формат индикации 4 разряда.

ОБЩИЕ ДАННЫЕ
Оптическое разрешение (D:S) 12:1;
Коэффициент излучения: 0,10 ... 1,0 (шаг 0,01);
Время установления: 500 мс;
Воспроизводимость: ±1% от показания (или ±1 оС);
Источник питания: 9 В типа "Крона", срок службы 15 ч;
Время автовыключения: 6 с;
Условия эксплуатации: 0 оС ... 50 оС, относительная влажность не более 95 %;
Габаритные размеры: 150 х 133 х 45 мм;
Масса: 135 г.
Гарантия 1 год.
Категория: Измерители | Просмотров: 3792 | Добавил: semglass | Теги: температура, пирометр, измеритель, прибор, потенциометр
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: