|
|
 |
|
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Пирометр радиационный. |
 |
Прибор для измерения температуры, основанный на регистрации полного излучения тела.
Описание
Пирометрия (от греч. pýr — огонь и... метрия) - группа методов измерения температуры. Раньше к пирометрии относили все методы измерения температуры, превышающей предельную для ртутных термометров; с 60-х гг. 20 в. к пирометрии всё чаще относят лишь оптические методы, в частности основанные на применении пирометров, и не включают в неё методы, в которых применяются термометры сопротивления, термоэлектрические термометры с термопарами, и ряд др. методов. Почти все оптические методы основаны на измерении интенсивности теплового излучения (иногда — поглощения) тел.
Пирометры - приборы для измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптической диапазоне спектра. Тело, температуру которого определяют при помощи пирометра, должно находиться в тепловом равновесии и обладать коэффициентом поглощения, близким к единице. Распространены яркостные, цветовые и радиационные пирометры.
Датчики радиационных пирометров используются для измерения температур в диапазоне от 20 до 2500°С. Температура, измеренная радиационным датчиком Tр всегда меньше истинной температуры тела T, поскольку полная энергия излучения абсолютно черного тела всегда энергии излучения реальных тел.
(1)
В связи с этим связь между Тр и Т определяется соотношением
(2)
или
(3)
Поскольку при выпуске пирометра с завода–изготовителя неизвестно, температуру какого объекта будет измерять каждый конкретный пирометр, датчик пирометра градуируется по температуре абсолютно черного тела и результат измерения Tр необходимо разделить на значение Е1/4 , где Е – коэффициент черности поверхности реального тела, который должен быть определен пользователем радиационного пирометра экспериментальным путем, либо из справочной литературы.
Конструкция датчика радиационного пирометра представлена на рисунке 1.
Конструкция датчика радиационного пирометра
Рисунок 1
Радиационный поток, идущий от поверхности объекта измерения 6, отражается вогнутым зеркалом 3, расположенным в торце трубы 1 пирометра и фокусируется на терморезисторе 2, нагревая его. Для устранения погрешности измерения, обусловленной отраженными от внутренних стенок трубы лучами, последняя покрыта зачерненными ребрами 5. Терморезистор 2 защищен со всех сторон тепловым экраном 4. Датчик предназначен для измерения температур от 20 до 100°С. Для измерения температур в диапазоне от 100 до 2500°С применяется фокусирующая оптика, изготовленная из кварца.
Диаметр поля зрения датчика зависит от расстояния до объекта измерения. При расстоянии 1 метр для различных конструкций датчиков радиационных пирометров диаметр «поля зрения» составляет 100–200 мм.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Применение эффекта
Спектр применения радиационных пирометров достаточно широк:
• Радиационные пирометры используются для автоматического регулирования температуры в печах. Работают они на поглощении теплоты, излучаемой нагретыми телами. При наведении телескопа пирометра на раскаленное тело тепловые лучи при помощи линзы и диафрагмы концентрируются, направляются в фокус объектива, нагревая термоэлемент. От нагрева спаев термоэлемента возникший термоэлектроток отклонит стрелку милливольтметра и на шкале, градуированной в °С, будет показана температура тела.
• Радиационные пирометры используются как переносные и стационарные приборы для измерения температур в пределах 700–1800°С, причем при измерении температур выше 1400°С во избежание порчи зачерненной поверхности платины вводится диафрагма, подрезающая поток лучей и снижающая таким образом температуру платиновой пластинки.
• Радиационные пирометры градуируются на излучение абсолютно черного тела и показывают уменьшенную против действительной так называемую «радиационную» температуру. Поэтому стремятся использовать радиационные пирометры в условиях, приближающихся к абсолютно черному телу.
• Для измерения температуры раскалённых тел в пределах от 800 до 2000°C пользуются оптическими и радиационными пирометрами. Принцип, действия оптического пирометра основан на сравнении интенсивности яркости излучения раскалённого тела с яркостью свечения нити фотометрической лампы, накал которой регулируется от руки.
• В СССР серийно выпускались радиационные пирометры только с рефракторными оптическими системами, предназначенными для измерения температур в интервале 400–3000°С. Оптические свойства телескопа характеризуются показателем визирования.
• Большое развитие и применение получили радиационные пирометры, благодаря прогрессу в изготовлении высокочувствительных приемников измерения (гальванических гипертермопар, полупроводниковых сопротивлений, фотоэлементов) появились приборы для измерения температуры слабо нагретых тел.
• Для измерения температуры раскаленных тел применяют радиационные пирометры или пирометры полного излучения. Эти пирометры градуируются по потоку излучения черного тела. Такая градуировка однозначно связывает температурную шкалу прибора с температурой и соответствующим тепловым потоком излучения черного тела. При визировании этого прибора на какое–нибудь нагретое тело радиационный пирометр показывает температуру такого черного излучателя, который посылает тепловой поток, равный по величине тепловому потоку, излучаемому данным нагретым телом
По сравнению с другими устройствами для измерения температуры пирометры позволяют определять ее бесконтактно при теоретически неограниченном верхнем пределе измерения; определять высокие температуры в газовых потоках при высоких скоростях и так далее.
В промышленности пирометры широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов.
Реализации эффекта
Пирометры полного излучения служат для измерения температуры по мощности излучения нагретого тела (рис. 1). Испускаемые им лучи с помощью оптической системы (рефракторной – преломляющей с линзой и диафрагмой или рефлекторной – отражающей с зеркалом) фокусируются на преобразователе – обычно миниатюрной термоэлектрической батарее. Для наводки на нагретое тело используют окуляр с красным либо дымчатым светофильтром. Возбуждаемая в батарее термоЭДС фиксируется потенциометром, шкала которого градуирована в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела. По измеренной радиационной температуре (900–2000 ºC) истинную температуру раскаленного тела находят из специальной таблицы. Точное определение количества поступающей в пирометры лучистой энергии крайне затруднительно, так как между приемником излучения и окружающей средой происходит теплообмен. Несмотря на это, пирометры полного излучения широко распространены в производств. практике; они могут быть установлены стационарно, позволяют применять дистанционную передачу показаний, автоматически записывать и регулировать температуру.
Пирометр полного излучения. 1– линза, 2 – диафрагма, 3 – приёмник излучения (преобразователь), 4 – окуляр, 5 – светофильтр
Рис. 1
Литература
1. Физическая энциклопедия / гл.ред. Прохоров А.М. - М.: Большая российская энциклопедия. 1994.
2. Кременчугский Л. С., Ройцина О. В. Пироэлектрические приемники излучения. — Киев: Наук. думка, 1979.
Приборы для измерения оптических и светотехнических величин и характеристик
Приборы для измерения электрических и магнитных величин
Квантовая электроника
