• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Термометрія за випромінюванням тіла

Вимірювання температури за випромінюванням тіла базується на використанні основних законів випромінювання, які встановлюють зв'язок між температурою випромінювача (досліджуваного об'єкта) і його спектральною світністю, тобто кількістю енергії, яка випромі­нюється за одиницю часу з одиниці поверхні досліджуваного об'єкта і яка міститься у певному діапазоні довжин хвиль. Залежно від спек­тральної чутливості пристрої вимірювання температури за випромі­нюванням поділяють на радіаційні, квазімонохроматичні та спектраль­ного випромінювання.

Радіаційні пірометри (повного випромінювання) є найпростішими за будовою. Щоправда, вони найменш точні серед приладів, що вимірюють температуру за випромінюванням. Радіаційний пірометр складається з оптичної систе­ми (телескопа), первинного перетворювача потоку випромінювання в електричний сигнал і вторинного вимірювального приладу. Як первин­ний перетворювач найчастіше використовують зачорнені термоелек­тричні перетворювачі або болометри, які чутливі до всіх довжин хвиль потоку випромінювання, що ними сприймається.

Існують два різновиди оптичних систем радіаційних пірометрів: рефракторна (з заломлювальною лінзою) і рефлекторна (з відбивальним внутрішнім дзеркалом) системи. В рефракторному пірометрі (рис. 5, а) випромінювання від досліджуваного об'єкта 1 надходить на об'єктив (лінзу) 2 і через діафрагму 3 фокусується на гарячому спаї термоперетворювача. Термо-ЕРС, що виникає, вимірюється мілівольт­метром, який градуюється в одиницях вимірюваної температури. Для компенсації похибки від зміни температури вільних кінців термопере­творювачів використовують пристрій 5 автоматичної корекції похибки у формі, наприклад, мостової схеми. Для візування телескопа на об'єкт вимірювання служить окуляр 6 і діафрагма 7.

У рефлекторному телескопі (рис. 5, б) випромінювання від до­сліджуваного об'єкта 1 через діафрагму 2 надходить на рефлектор З, відбивається і фокусується на гарячих спаях термоперетворювача. Коло вимірювання термо-ЕРС складається, як і в рефракторних системах пірометрів, з вимірювального приладу і пристрою 5 автоматичної корек­ції похибок від зміни температури вільних кінців термоперетворювача.

Рис.5. Будова пірометрів повного випромінювання

Пірометри повного випромінювання призначені для вимірювання температури в діапазоні 30...З 000 °С з ос­новною похибкою 1,5...2 %.

На практиці зробити приймач випромінювання, який би поглинав випромінювання всіх довжин хвиль від 0 до ∞, дуже важко. Тому дуже часто задовольняються приймачами, які сприймають випромінювання в обмеженому діапазоні довжин хвиль. Пірометрами, прин­цип дії яких базується на залежності від температури енергетичної світ­ності випромінювача в обмеженому інтервалі довжин хвиль, називають пірометрами часткового випромінювання.

Пірометри, принцип дії яких базується на використанні залежності від температури спектральної світності або пропорційної до неї спектральної яскравості (тобто спектральної світності, віднесеної до одиниці просторового кута), називають квазімонохроматичними або яскравісними.

Рис.6. До принципу дії оптичного пірометра

Найбільш розповсюджені серед яскравісних пірометрів візуальні пірометри із ниткою, що зникає (рис. 6, а), які називаються також оптичними пірометрами. При вимірюванні такими пірометрами випромінювання від досліджуваного об'єкта 1 через об'єктив 2 фокусу­ється на нитку розжарення пірометричної лампи 4. Між об'єктивом та пірометричною лампою при вимірюванні температури понад 1500°С (допустима температура нитки розжарювання) ставиться поглинальне скло 3. Зображення об'єкта дослідження і нитки пірометричної лампи при вимірюванні температури спостерігається пірометристом через окуляр 6. Між окуляром і пірометричною лампою знаходиться червоний світлофільтр 5.

Змінюють розжарення нитки пірометричної лампи, регулюючи струм розжарення за допомогою регулівного реостата Rp. Значення цього струму вимірюється приладом, проградуйованим в одиницях вимірюваної температури.

Реалізація пірометрів спектрального відношення значно склад­ніша, ніж пірометрів часткового монохроматичного випромінювання. Спрощена схема такого пірометра показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема пірометра спектрального випромінювання

Випроміню­вання від досліджуваного об'єкта 1 фокусується об'єктивом 2 в площині діафрагми 3 і через біхроматичний модулятор 4, оптичну систему 5 і діафрагму 6 потрапляє на приймач випромінювань 7, яким може бути піроелектричний перетворювач, фотодіод чи фоторезистор. Діафрагма З - це калібрований отвір в круглій пластині із дзеркальною поверхнею. Зображення об'єкта в площині діафрагми 3 спостерігається візирним пристроєм, який складається з дзеркала та стандартного мікроскопа. З біхроматичного модулятора на приймач випромінювань почергово потрапляють потоки випромінювання досліджуваного об'єкта в двох різних ділянках спектра, для чого використовуються два світлофільтри, які закріплені в диску біхроматичного модулятора, що обертається, за допомогою двигуна ДС. Отже, сигнал з приймача випромінювань - це послідовність імпульсів, що чергуються, і пропорційних енергетичній світності досліджуваного об'єкта в двох спектральних інтервалах. Ці імпульси, підсилені попереднім підсилювачем ПП, надходять на електронний блок проміжкового перетворювача сигналів ППС, який реалізує функцію перетворення пірометра спектрального відношення і виробляє вихідний сигнал Uвих, зв'язаний з вимірюваною колірною температурою лінійною залежністю. Вихідним сигналом ППС є напруга постійного струму 0...1 В, яка може вимірюватись вихідним приладом ВПр, проградуйованим у одиницях вимірюваної температури. Є також вихід 0...100 мВ для підключення автоматичного потенціометра.

Пірометри спектрального відношення відрізняються високими чутливістю і точністю. Діапазон вимірювань різних модифі­кацій цих пірометрів від 750 до 2 900 °С, основна похибка 0,6 %.

Контрольні запитання:

1. Які параметри можуть змінюватися при дії температури?

2. Чому використовуються трьох-, чотирьох –провідні схеми включення термометрів опору у вимірювальні кола?

3. Опишіть схему автоматичного моста для вимірювань температури.

4. Опишіть схему автоматичного потенціометра для вимірювань температури.

5. Для чого призначені пірометри випромінювання? Як їх класифікують?

Читайте також:

1. Закон Ламберта Закон Ламберта встановлює залежність випромінюваності чорного тіла й тіл, що володіють дифузійним випромінюванням, від напрямку випромінювання.
2. Тема 7. Термометрія за випромінюванням тіла
3. Теплообмін випромінюванням між двома плоскими паралельними стінками при наявності екрана між ними.
4. Теплообмін випромінюванням між двома тілами, одне із яких перебуває у середині іншого.
5. Термометрія за допомогою термоелектричних перетворювачів
6. Термометрія за допомогою термоелектричних перетворювачів
7. Термометрія за допомогою терморезистивних перетворювачів

Переглядів: 805