Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Пирометры излучения

05.12.2019

Для измерения высоких температур (до 6000° С и выше) применяют пирометры излучения, работа которых основана на зависимости спектра и суммарной лучистой энергии излучения нагретых тел от температуры. Характерной особенностью пирометров излучения является возможность измерения температуры па расстоянии, без соприкосновения датчика с измеряемой средой. В цветной металлургии наибольшее распространение получили радиационные (суммарного излучения), оптические (яркостные) и фотоэлектрические пирометры.

Радиационный пирометр представляет собой телескоп, состоящий из теплоприемника и оптической системы, концентрирующей па теплоприемник суммарный лучистый поток, испускаемый поверхностью тела, температура которого подлежит измерению. Обычно в качестве теплоприемника используют термобатарею — несколько последовательно соединенных термопар, рабочие спаи которых нагреваются под действием падающей на них лучистой энергии, а свободные спаи принимают температуру корпуса телескопа. Термо-э. д. с. батареи определяется количеством тепла Q, получаемым ее рабочим спаем, которое в соответствии с законом Стефана — Больцмана пропорционально четвертой степени абсолютной температуры T измеряемого тела:
Пирометры излучения

где е — относительный коэффициент лучеиспускания тела, температуру которого измеряют;

о — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Так как разные тела имеют различные коэффициенты лучеиспускания, то градуировку радиационных пирометров осуществляют по абсолютно черному телу. При измерении температуры реальных физических тел пирометр будет показывать яркостную интегральную (радиационную) температуру Tр, меньшую, чем действительная температура Т, так как е<1.

Для уменьшения погрешности вследствие неполноты излучения, особенно в тех случаях, когда значение е объекта трудно оценить, применяют визирные трубки с дном и без дна. В нервом случае измеряют температуру дна визирной трубки, установленной в рабочем пространстве печи. Во втором телескоп пирометра наводят на противолежащую стенку печи. В обоих случаях создаются условия, близкие к абсолютно черному излучателю, и погрешность от неполноты излучения становится незначительной.

В России выпускают радиационные пирометры типов «Рапир» и ПРК-600. Последние отличаются наличием температурной компенсации, обеспечивающей непревышение допустимой погрешности (±12—28 град) при изменении температуры корпуса телескопа от 20 до 200° С. В качестве вторичных приборов для измерения термо-э. д. с. батареи радиационного пирометра используют милливольтметры и электронные потенциометры.

Оптические пирометры измеряют температуру тела по монохроматической яркости тела в видимой области спектра. Зависимость между интенсивностью монохроматического излучения (монохроматической яркостью) Eлт и абсолютной температурой черного тела T выражают уравнением Планка:

где C1 и C2 — постоянные Планка;

Л — длина волны.

Эта зависимость свидетельствует о том, что монохроматическая яркость абсолютно черного тела значительно возрастает с повышением температуры, весьма неодинакова для лучей различной длины волны и при любой температуре имеет максимум, сдвигающийся для высоких температур в коротковолновую часть спектра.

Оптические пирометры, так же как и радиационные, градуируются по излучению абсолютно черного тела. Поэтому при измерении температур реальных тел они показывают более низкую по сравнению с действительной, так называемую яркостную монохроматическую температуру Тп, т.е. температуру черного тела, при которой интенсивность его монохроматического излучения равна интенсивности монохроматического излучения реального тела с температурой Т. При измерении оптическим пирометром для получения действительной температуры вводит поправки на неполноту излучения.

Наиболее распространены в настоящее время монохроматические оптические пирометры с исчезающей нитью переменного накала (например, типа ОППИР-017 и др.). Монохроматическая яркость нагретого тела определяется сравнением его яркости с яркостью вольфрамовой нити эталонной лампы, которую предварительно градуируют, устанавливая зависимость между ее яркостной температурой и величиной электрического тока или напряжения, питающего нить лампы. Яркости сравнивают визуально в лучах узкого пучка красного излучения, выделяемого из сплошного спектра при помощи красного светофильтра. Изменяя напряжение, подаваемое на лампу, наблюдатель добивается выравнивания яркости свечения нити и нагретого тела. В момент совпадения этих яркостей нить лампы становится невидимой на фоне нагретого тела. По показаниям вольтметра, отградуированного в градусах, находят яркостную монохроматическую температуру. Основная погрешность прибора в диапазоне измерения 800—1400° С составляет ±20 град, а в диапазоне 1200—2000°С — ±30°С. Так как измерение температуры оптическим пирометром осуществляет оператор, эти пирометры могут быть использованы лишь для периодических измерений.

Фотоэлектрические пирометры предназначаются для автоматического измерения и регистрации яркостных температур. Чувствительными элементами у них являются фотоэлементы (фотоумножители, фотосопротивления). Из-за различия чувствительных элементов характер восприятия излучения объекта фотоэлектрическим пирометром принципиально отличается от визуального оптического пирометра. Если глаз наблюдателя в визуальном оптическом пирометре сравнивает яркости объектов, то фотоэлемент в фотоэлектрическом пирометре измеряет освещенность, создаваемую световым потоком нагретых тел.

В зависимости от функции, выполняемых фотоэлементом в измерительной схеме прибора, фотоэлектрические пирометры можно разделить на две группы. В приборах первой группы фотоэлемент служит органом сравнении световых потоков, попадающих на его поверхность от источника с измеряемой яркостной температурой и регулируемого источника, световой поток которого изменяется в зависимости от разницы сравниваемых фотоэлементом потоков. Характерным для приборов первой группы является фотоэлектрический пирометр ФЭП-4.

Ко второй группе относятся фотоэлектрические пирометры, в которых величина фототока или сопротивление фотоэлемента является мерой попадающего на его катод светового потока, а следовательно, и мерой яркостной температуры визируемого объекта. Существует большое число фотоэлектрических пирометров, работающих па указанном принципе. Показания их обычно менее точны, чем показания приборов с фотоэлементом, работающим в режиме сравнения.

В Киевском институте автоматики разработан опытный образец фотоэлектрического пирометра ТФПГ-1, предназначенного для непрерывного измерения температуры жидкого шлака. Чувствительным элементом телескопа является германиевый фотодиод ФД-3. Под действием энергии излучения визируемой поверхности в фотодиоде возбуждается фотоэлектродвижущая сила и в цепи протекает электрический ток, пропорциональный температуре излучателя. С выходного сопротивления снимается падение напряжения и подается на стандартный электронный потенциометр с пределом измерения 0—5,0 мв. Пределы измерения прибора составляют 1000—1400° С. Погрешность телескопа не превышает 10—20 град.

Отличительной особенностью пирометра ТФПГ-1 являются простота конструкции, малогабаритность, высокая чувствительность и меньшая методическая погрешность в результате изменения черноты излучения объекта. Телескоп пирометра защищен от воздействия печной среды (брызг шлака, пыли) водоохлаждаемой фурмой с воздушным отдувом. Длительные испытания показали, что на показания прибора существенное влияние оказывает запыленность рабочего пространства печи, что затрудняет его применение для контроля температуры шлака внутри печи. Пирометр может быть использован для измерения температуры отвального шлака на выпуске из печи.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: