Пирометры

Для измерения температуры выше 800 град C применяют пирометры, принцип действия которых основан на определении величины излучения, испускаемого нагретыми телами.

Радиационные пирометры. Принцип действия радиационных пирометров состоит в том, что поток теплового излучения, испускаемого раскаленным телом, улавливается и фокусируется' на теплочувствительыой части прибора, соединенной с термопарой.

Принципиальная схема радиационного пирометра показана на рис. 278. Он состоит из корпуса 6, имеющего объектив 2, который улавливает, тепловой поток и направляет его на теплочувствительную. часть 1 прибора. Эта часть представляет собой крестообразную пластину из платины, покрытую платиновой чернью. К этой пластине припаяны четыре горячих спая хромель-копелевых термопар, образующих термобатарею. При нагревании или охлаждении теплочувствительной части также нагреваются или охлаждаются горячие спаи этой термобатареи. Таким путем достигается увеличение электродвижущей силы и,следовательно, увеличивается точность прибора.

Рис. 278. Схема радиационного пирометра: 1- термочувствительная часть; 2 — объектив; 3 — диафрагма; 4 — температурная лампа; 5 —медный кожух; 6-корпус; 7— светофильтр; 8 —окуляр; 9-температура; 10 — милливольтметр

Платиновая пластинка и термопары заключены в стеклянную температурную лампу 4, закрытую почерненным медным кожухом 5. В медном кожухе имеются отверстия для прохода тепловых лучен на теплочувствительную часть прибора и для наблюдения за правильностью фокусирования. Через цоколь лампы выведены концы термопар и присоединены внутри прибора к клеммам.

При фокусировании прибора нужно добиваться того, чтобы раскаленное тело было виднов в телескопе и закрывало бы все поле зрения. Если изображение будет больше или меньше поля зрения, то условия наблюдения будут отличаться от градуировочиых и результат измерения будет неправильным. Четкость изображения для правильной наводки достигается перемещением окуляра 8. Чтобы предохранить глаз наблюдателя от яркого света, можно пользоваться светофильтром 7, который перемещают при помощи ручки, расположенной рядом с клеммами.

Для измерения величины электродвижущей силы, возбуждаемой в термобатарее радиационного пирометpa, пользуются или гальванометром, или потенциометром, которые должны быть градуированы в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела.

Истинную температуру раскаленного реального тела по измеренной радиационным пирометром определяют введением поправок с учетом коэффициента черноты реального тела, температуру которого измеряют. Для этого пользуются специальными таблицами коэффициентов черноты полного излучения материалов при различных истинных температурах, а также таблицами соотношений между температурой, измеренной радиационным пирометром, или радиационной температурой и истинной температурой в зависимости от коэффициента черноты полного излучения.

При помощи радиационных пирометров полного излучения можно измерять температуру от 900 до 1800° С и даже, до 2000° С.

Оптические пирометры. Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити, интенсивность излучения которой в зависимости от температуры известна.

Схема» наиболее распространенного оптического пирометра ОППИР-09 показана на рис. 279. Это —переносный прибор, все части которого смонтированы в общем кожухе или корпусе. Луч света, испускаемый накаленным телом, попадает в прибор через объектив 1, а затем через окуляр 6 в глаз наблюдателя, сравнивающего яркость светового потока тела с яркостью нити 4 температурной лампы 3. Сравнение проводят в монохроматическом свете, получаемом с помощью светофильтра 5, расположенного за окуляром и пропускающего узкий спектральный участок света (область красных лучей).

Нить температурной лампы накаливается от щелочного аккумулятора, присоединенного к прибору проводами, проходящими через, рукоятку

Накал нити регулируют реостатом 8, включенным в цепь лампы последовательно. Движок 9 реостата передвигают при помощи кольцевой рукоятки 10. На рукоятке и на корпусе прибора имеются черточки белого цвета, около которых стоит отметка «0». Когда черточки на рукоятке и на корпусе прибора совпадают — цепь лампы разомкнута и аккумулятор отключен. Сила тока, подаваемого лампе, уменьшается, при повороте рукоятки по направлению стрелки, которая имеется на ней.

Температуру отсчитывают по показанию пирометрического милливольтметра 7, градуированного в градусах по накалу нити.

При измерении температуры оптическим пирометром ОППИР-09 его придерживают за рукоятку и направляют объектив на накаленное тело, предварительно убрав светофильтр. Передвигая окуляр и объектив, добиваются получения четких изображений нити температурной лампы и тела,температуру которого измеряют. После этого светофильтр .снова помещают на его место и, поворачивая ручку реостата в сторону, противоположную направлению стрелки, постепенно повышают накал нити до тех пор, пока ее верхняя часть, хорошо заметная на фойе раскаленного тела, не сольется с фоном и не исчезнет из поля зрения.

Рис. 279. Схема оптического пирометра ОППИР 09: 1 — объектив; 2 — ослабляющий светофильтр; 3 — температурная лампа; 4 — нить накаливания температурной ламды; 5— монохроматический светофильтр; 6 — окуляр; 7 — милливольтметр; S- реостат; 9 — движок реостата; 10 — кольцевая рукоятка реостата: рукоятка прибора.

 

Когда температура нити лампы ниже измеряемой температуры тела, видна темная линия на светлом фоне. Если же температура нити лампы выше измеряемой, видна светлая линия на темном фоне. При равенстве температур нить перестает быть видимой.

Оптический пирометр ОППИР-09 предназначен для измерения температуры от 800 до 2000 С, однако нить температурной лампы не выдерживает накала больше 1400° С. При температуре выше указанной материал нити начинает испаряться, вследствие чего характеристика лампы меняется. Чтобы избежать этого, при измерении температуры выше 14000C для ослабления светового потока накаленного тела между объективом и температурной лампой помещают дополнительный светофильтр 2. Таким образом, прибор имеет два диапазона измерений: 800—1400 0C и 1200—2000° С.

Ввиду того, что оптические пирометры градуируют по излучению абсолютно черного тела, для измерения температуры реальных тел с различными' коэффициентами черноты в показания прибора следует вводить соответствующие поправки по специальным таблицам.

Кроме описанного, имеются эталонные оптические пирометры ОР-48, имеющие три диапазона измерений: до 1400° С, до 2QOO0C и до 3000° С. Оптический пирометр ЭОП-1 имеет пять диапазонов — от 1400 до 6000° С, с погрешностью измерения 0,05% при 1063° С, 0,2% при 3000° С и 1 % при 6000° С.

К приборам всегда прилагаются инструкции, содержащие описание прибора, правила его использования, а также правила зарядки аккумуляторов. В паспорте прибора указывается его характеристика, данные о его градуировке свидетельство о его пригодности для работы. Как все точные приборы, оптические пирометры следует периодически проверять.

Фотоэлектрический' пирометр. Для непрерывного и бесконтактного измерения и записи температуры неподвижных и движущихся тел применяют фотоэлектрический пирометр ФЭП-4*. При его помощи можно измерять температуры от 500 до 4000° С. Прибор выпускается как одношкальный с предельной температурой измерения 2000° С, так и двушкальный— с пределом измерения до 4000° С. Основная погрешность показателей пирометра не превышает ±1% для приборов с верхним пределом измерения больше 2000° С.

 

Вторичным прибором этого пирометра служит быстродействующий показывающий и записывающий электронный потенциометр БП-5164 с прямолинейной шкалой и ленточной диаграммой. Время установления показаний потенциометра не превышает 1 сек.

Изображение визируемой поверхности / фокусируется линзой 2 на отверстии 4 в держателе светофильтра 7, установленного перед фотоэлементом 5. Диафрагма 3 и отверстие 4 ограничивают световой поток, падающий на фотоэлемент. Если изображение нагретой поверхности полностью перекрывает отверстие 4, величина светового потока, падающего на катод фотоэлемента, зависит от яркости визируемой поверхности и, следовательно, от ее температуры. Через отверстие 6 в том же держателе светофильтра на фотоэлемент падает световой поток от лампы накаливания 10 (лампа обратной связи), питаемой током выходного каскада электронного усилителя 9. При помощи этой лампы в приборе осуществляется обратная связь по световому потоку. Световые потоки от визируемого тела и от лампы 10 модулируются с частотой 50 гц в противофазе. Благодаря этому через фотоэлемент течет ток, переменная составляющая которого пропорциональна разности иитеисивностей этих потоков. Переменная составляющая фототока усиливается усилителем 8 и выпрямляется фазовым детектором (на рисунке не показан). Выпрямленное напряжение поступает на сетку выходного каскада усилителя 9.

Интенсивности светового потока лампы обратной связи и потока визируемого тела несколько отличаются друг от друга, однако благодаря большому коэффициенту усиления системы разность между ними невелика. При увеличении этой разности ток в цепи лампы обратной связи довольно быстро изменяется, и разность снова уменьшается. Таким образом, ток лампы обратной связи, связанный с интенсивностью ее светового потока, с достаточной точностью характеризует яркость и температуру визируемого тела.

Рис. 281. Принципиальная схема фотоэлектрического пирометра ФЭП-4: 1 — визируемая поверхность; 2 — линза; 3 — диафрагма; 4, 6 — отверстия в держателе светофильтра; 5 - фотоэлемент; 7-держатель светофильтра; 8, 9 — усилители; 10-лампа накаливания.

 

К оглавлению

 

см. также

  1. Приборы для измерения температуры (1 2)
  2. Дилатометрические термометры
  3. Манометрические термометры
  4. Электрические термометры
  5. Пирометры
  6. Термохимический метод измерения температуры
  7. Автоматизация контроля температуры
  8. Терморегуляторы
  9. Термостаты