Пірометр

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Оптичний пірометр.
Pyrometer 040824.jpg

Піро́метр (рос. пирометр, англ. pyrometer, нім. Pyrometer n, Wärmemesser m, Hochtemperaturmesser m) — прилад для безконтактного вимірювання температури непрозорих тіл за їхнім випроміненням в оптичному діапазоні спектра. Принцип дії полягає на вимірюванні потужності теплового випромінення об'єкта вимірювання.

Найпоширеніші оптичні пірометри, де інтенсивність випромінення розжареного тіла порівнюється спостерігачем з яскравістю нитки пірометричної лампи-еталона. Застосовують у металургії, хімії тощо.

Призначення — безконтактне вимірювання і контроль температури поверхонь різних об'єктів за їхнім тепловим випромінюванням.

Області застосування[ред.ред. код]

Безконтактні інфрачервоні вимірювачі температури (пірометри) широко використовуються в різноманітних галузях промисловості. До таких можна віднести металургійну промисловість, виробництво пластмас і виробів з них, виробництво скляних виробів, електротехнічну промисловість, харчову промисловість та інші. Основною особливістю інфрачервоних вимірювачів температури є безконтактний метод вимірювання, який дозволяє проводити вимірювання в місцях, недоступних для контактних методів вимірювання.

Контроль температури в технологічних процесах дозволяє підвищити якість продукції, передбачити аварійні ситуації, продовжити термін експлуатації обладнання. Вимірювання температури за допомогою пірометрів дозволяє контролювати технологічний процес плавки чавуну, сталі, а також контролювати стан печей, які використовуються у відповідних технологічних процесах, для передбачення аварійних ситуацій. Контроль температури за допомогою пірометрів в процесі виробництва скла, пластмас та виробів з них дозволяє підтримувати заданий температурний режим технологічного процесу, а також контролювати якість продукції в процесі виготовлення. Пірометри Для вимірювання температури вище 800 град C застосовують пірометри, принцип дії яких заснований на визначенні величини випромінювання, що випускається нагрітими тілами. Радіаційні пірометри. Принцип дії радіаційних пірометрів полягає в тому, що потік теплового випромінювання, що випускається розпеченим тілом, вловлюється і фокусується на теплочутливій частині приладу, яка з'єднана з термопарою. Принципова схема радіаційного пірометра показана на рис. 278. Він складається з корпуса 6, що має об'єктив 2, який вловлює, тепловий потік і направляє його на теплочутливі. частина 1 приладу. Ця частина являє собою хрестоподібну пластину з платини, покриту платинової черню. До цієї пластині припаяні чотири гарячих спаю хромель-Копелева термопар, що утворюють термобатареї. При нагріванні або охолодженні теплочутливі частини також нагріваються або охолоджуються гарячі спаї цієї термобатареї. Таким шляхом досягається збільшення електрорушійної сили і, отже, збільшується точність приладу.

Рис. 278. Схема радіаційного пірометра: 1 - термочутлива частина; 2 - об'єктив; 3 - діафрагма; 4 - температурна лампа; 5-мідний кожух; 6-корпус; 7 - світлофільтр; 8-окуляр; 9-температура; 10 - мілівольтметр Платинова платівка і термопари укладені в скляну температурну лампу 4, закриту почорніння мідним кожухом 5. У мідному кожусі є отвори для проходу теплових лучанин на теплочутливі частина приладу і для спостереження за правильністю фокусування. Через цоколь лампи виведені кінці термопар і приєднані всередині приладу до клем. При фокусуванні приладу потрібно домагатися того, щоб розпечене тіло було видно в телескоп і закривало б все поле зору. Якщо зображення буде більше або менше поля зору, то умови спостереження будуть відрізнятися від градуіровочіих і результат вимірювання буде неправильним. Чіткість зображення для правильної наведення досягається переміщенням окуляра 8. Щоб оберегти очей спостерігача від яскравого світла, можна користуватися світлофільтром 7, який переміщують за допомогою ручки, розташованої поруч з клемами. Для вимірювання величини електрорушійної сили, порушуємо в Термобатареї радіаційного пірометра, користуються або гальванометром, або потенціометром, які повинні бути градуйовані в градусах по температурі випромінювання абсолютно чорного тіла. Істинну температуру розжареного реального тіла по обмірюваної радіаційним пірометром визначають введенням поправок з урахуванням коефіцієнта чорноти реального тіла, температуру якого вимірюють. Для цього користуються спеціальними таблицями коефіцієнтів чорноти повного випромінювання матеріалів при різних щирих температурах, а також таблицями співвідношень між температурою, яка вимірюється радіаційним пірометром, або радіаційної температурою і істинної температурою в залежності від коефіцієнта чорноти повного випромінювання. За допомогою радіаційних пірометрів повного випромінювання можна вимірювати температуру від 900 до 1800 ° С і навіть, до 2000 ° С. Оптичні пірометри. Принцип дії оптичних пірометрів заснований на порівнянні в монохроматичному світлі яскравості випромінювання досліджуваного розжареного тіла з яскравістю розжарення нитки, інтенсивність випромінювання якої в залежності від температури відома. Схема »найбільш поширеного оптичного пірометра ОППІР-09 показана на рис. 279. Це-переносний прилад, всі частини якого змонтовані в загальному кожусі або корпусі. Промінь світла, що випускається розжареним тілом, потрапляє в прилад через об'єктив 1, а потім через окуляр 6 в око спостерігача, що порівнює яскравість світлового потоку тіла з яскравістю нитки 4 температурної лампи 3. Порівняння проводять в монохроматичному світлі, одержуваному за допомогою світлофільтру 5, розташованого за окуляром і проникного вузький спектральний ділянку світла (область червоних променів). Нитка температурної лампи розжарюється від лужного акумулятора, приєднаного до приладу проводами, що проходять через, рукоятку Накал нитки регулюють реостатом 8, включеним в ланцюг лампи послідовно. Повзунок 9 реостата пересувають за допомогою кільцевої рукоятки 10. На рукоятці і на корпусі приладу є рисочки білого кольору, біля яких стоїть відмітка «0». Коли рисочки на рукоятці і на корпусі приладу збігаються - ланцюг лампи розімкнути і акумулятор відключений. Сила струму, що подається лампі, зменшується, при повороті рукоятки за напрямком стрілки, яка мається на ній. Температуру відраховують по свідченню пірометричних мілівольтметра 7, градуйованого у градусах за напруженням нитки. При вимірюванні температури оптичним пірометром ОППІР-09 його притримують за рукоятку і направляють об'єктив на розжареній тіло, попередньо забравши світлофільтр. Пересуваючи окуляр і об'єктив, домагаються отримання чітких зображень нитки температурної лампи і тіла, температуру якого вимірюють. Після цього світлофільтр. Знову поміщають на його місце і, повертаючи ручку реостата в сторону, протилежну напрямку стрілки, поступово підвищують накал нитки до тих пір, поки її верхня частина, добре помітна на фойє розжареного тіла, не зіллється з фоном і не зникне з поля зору.

Рис. 279. Схема оптичного пірометра ОППІР 09: 1 - об'єктив; 2 - послабляє світлофільтр; 3 - температурна лампа; 4 - нитка розжарення температурної ламди; 5 - монохроматичний світлофільтр; 6 - окуляр; 7 - мілівольтметр; S-реостат; 9 - повзунок реостата; 10 - кільцева рукоятка реостата: рукоятка приладу.

Коли температура нитки лампи нижче вимірюваної температури тіла, видна темна лінія на світлому фоні. Якщо ж температура нитки лампи вище вимірюваної, видно світла лінія на темному тлі. При рівності температур нитка перестає бути видимою. Оптичний пірометр ОППІР-09 призначений для вимірювання температури від 800 до 2000 С, однак нитка температурної лампи не витримує напруження більше 1400 ° С. При температурі вище зазначеної матеріал нитки починає випаровуватися, внаслідок чого характеристика лампи змінюється. Щоб уникнути цього, при вимірюванні температури вище 14000C для ослаблення світлового потоку розжареного тіла між об'єктивом і температурної лампою поміщають додатковий світлофільтр 2. Таким чином, прилад має два діапазони вимірювань: 800-1400 0C і 1200-2000 ° С. З огляду на те, що оптичні пірометри градуюють по випромінюванню абсолютно чорного тіла, для вимірювання температури реальних тіл з різними 'коефіцієнтами чорноти в показання приладу слід вводити відповідні поправки за спеціальними таблицями. Крім описаного, маються еталонні оптичні пірометри ОР-48, які мають три діапазони вимірювань: до 1400 ° С, до 2QOO0C і до 3000 ° С. Оптичний пірометр ЕОП-1 має п'ять діапазонів - від 1400 до 6000 ° С, з похибкою вимірювання 0, 05% при 1063 ° С, 0,2% при 3000 ° С і 1% при 6000 ° С. До приладів завжди додаються інструкції, що містять опис приладу, правила його використання, а також правила зарядки акумуляторів. У паспорті приладу вказується його характеристика, дані про його градуюванні свідоцтво про його придатності для роботи. Як все точні прилади, оптичні пірометри слід періодично перевіряти. Фотоелектричний 'пірометр. Для безперервного і безконтактного вимірювання і запису температури нерухомих і рухомих тіл застосовують фотоелектричний пірометр ФЕП-4 *. При його допомозі можна вимірювати температури від 500 до 4000 ° С. Прилад випускається як одношкальний з граничною температурою вимірювання 2000 ° С, так і двушкальний-з межею вимірювання до 4000 ° С. Основна похибка показників пірометра не перевищує ± 1% для приладів з верхнім межею вимірювання більше 2000 ° С.

Вторинним приладом цього пірометра служить швидкодіючий показує і записуючий електронний потенціометр БП-5164 з прямолінійною шкалою і стрічкової діаграмою. Час встановлення показань потенціометра не перевищує 1 сек. Зображення візуються поверхні / фокусується лінзою 2 на отворі 4 в утримувачі світлофільтру 7, встановленого перед фотоелементом 5. Діафрагма 3 і отвір 4 обмежують світловий потік, падаючий на фотоелемент. Якщо зображення нагрітої поверхні повністю перекриває отвір 4, величина світлового потоку, падаючого на катод фотоелемента, залежить від яскравості візуються поверхні і, отже, від її температури. Через отвір 6 в тому ж утримувачі світлофільтру на фотоелемент падає світловий потік від лампи розжарювання 10 (лампа зворотного зв'язку), що живиться струмом вихідного каскаду електронного підсилювача 9. За допомогою цієї лампи в приладі здійснюється зворотний зв'язок по світловому потоку. Світлові потоки від візуються тіла і від лампи 10 модулюються з частотою 50 гц в протифазі. Завдяки цьому через фотоелемент тече струм, змінна складова якого пропорційна різниці іітеісівностей цих потоків. Змінна складова фотоструму підсилюється підсилювачем 8 і випрямляється фазовим детектором (на малюнку не показаний). Випрямлена напруга надходить на сітку вихідного каскаду підсилювача 9. Інтенсивності світлового потоку лампи зворотного зв'язку і потоку візуються тіла дещо відрізняються один від одного, проте завдяки великому коефіцієнту посилення системи різниця між ними невелика. При збільшенні цієї різниці струм в ланцюзі лампи зворотного зв'язку досить швидко змінюється, і різниця знову зменшується. Таким чином, струм лампи зворотного зв'язку, пов'язаний з інтенсивністю її світлового потоку, з достатньою точністю характеризує яскравість і температуру візуються тіла.

Рис. 281. Принципова схема фотоелектричного пірометра ФЕП-4: 1 - візуються поверхню; 2 - лінза; 3 - діафрагма; 4, 6 - отвори в тримачі світлофільтру; 5 - фотоелемент; 7-утримувач світлофільтру; 8, 9 - підсилювачі; 10-лампа розжарювання.


Пірометр ФП-3 [17] призначений для вимірювання та автоматичного регулювання яркостной температури металів в процесі їх термічної обробки. У цьому пірометри здійснюється безпосереднє вимірювання сигналу на виході ПІ, в якості якого використаний киснево-11езіе-бий фотоелемент, що сприймає випромінювання в спектральному інтервалі 0,5 мкм в районі довжини хвилі 1 мкм. Сигнал з фотоелемента підсилюється двох-каскадним підсилювачем, до виходу якого підключені показує прилад і реле. Контакти реле, що спрацьовує при заданій температурі, управляють ланцюгами нагріву контрольованого об'єкта. Прилад вимірює температуру в діапазоні від 760 до 1300 deg; С з похибкою від plusmn; 18 до plusmn; 26 deg; С. Потужність, споживана пірометром, 70 Вт Рис. 2.1. Функціональні хроматичних пірометрів венним вимірюванням електричного сигналу (а) і компенсаційного типу (б)



Пірометр ФЕП-4 [102] застосовують для вимірювання і запису яркостной температури нерухомих і рухомих об'єктів. в приладі використаний компенсаційний метод вимірювання (рис. 2,2, а). Випромінювання візуються поверхні 1 фокусується лінзою 2 на отвір 7 в тримачі оптичного фільтра 5, встановленого перед ПІ 6. Діафрагма 3 служить для обмеження променевого потоку. У пірометри з нижньою межею вимірювання менше 800 deg; С в якості ПІ застосований такий же фотоелемент, як і в пірометри ФП-3, що працює в інфрачервоному діапазоні. Якщо пірометр ФЕП-4 призначений для вимірювання температур з нижньою межею більше 800 deg; С, в ньому використовують сурмяно-цезіе-2 вий фотоелемент сприймає випромінювання в віді-/ мом діапазоні спектра. Через отвір 8 в тримачі на фотоелемент потрапляє випромінювання від лампи розжарювання 17. Випромінювання візуються поверхні і цієї лампи модулюються в протифазі з частотою 50 Гц за допомогою вібруючої заслінки 9. Вібратор складається з магніту 12, якоря 11 і обмотки збудження 10, в яку надходить змінний струм з частотою 50 Гц. Якщо променисті потоки, що падають на ПІ від поверхні 1 і лампи 17, не однакові, то на виході фотоелемента з'являється змінна складова з частотою 50 Гц, величина якої пропорційна різниці цих потоків. Змінна складова посилюється підсилювачем 13 і випрямляється фазочуттєві випрямлячем 14, Апселе чого подається через калібрований резистор 16 на лампу розжарювання 17. Якщо променистий потік від лампи менше, ніж від візуються поверхні, то сила струму в лампі збільшується до тих пір, поки різниця потоків не зменшується до мінімуму. Якщо ж потік від лампи більше потоку від об'єкта вимірювання, сила струму в лампі зменшується. Таким чином, сила струму, що протікає через лампу 17, однозначно пов'язана з її променистим потоком, променистим потоком від об'єкта вимірювання та його температурою. Тому електронний Потенціометр 15, що вимірює падіння напруги на резисторі 16, може бути відградуйованих одиницях яркостной температури. Наведення пірометра на об'єкт вимірювання здійснюється за допомогою окуляра 4. Конструктивно пірометр ФЕП-4 складається з п'яти окремих блоків: візирної головки (в якій розміщуються оптична система, ПІ, попередній підсилювач, лампа розжарювання і вібратор), силового блоку (тут Знаходяться фазочуттєві випрямляч, калібрований резистор, силовий трансформатор), стабілізатора напруги С- 0,09, електронного потенціометра БП-Б16 і розділового трансформатора Т-74. Прилад вимірює температуру в наступних діапазонах: 500-900, 800-1300, 1200-2000,


Рис. 2.2. Функціональні схеми пірометрів ФЕП-4 (а) і ФЕП-60 (б)


1850-4000 deg; С з похибкою plusmn; 1% верхньої межі шкали (plusmn; 1,5% якщо ця межа вище 2000 deg; С).

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]