Курсовой проект (Экологический мониторинг) вариант 5, страница 2

где Т_я – яркостная (условная) температура тела, измеренная пирометром, К;  - длина волны, мкм; С₂ – константа уравнения Вина; _ - степень черноты тела для данной длины волны. [3]

П
ринцип действия квазимонохроматических пирометров

Принцип действия квазимонохро-матических оптических пирометров основан на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры. [4] Для этого сравнивают яркости монохроматичес-кого излучения двух тел: эталонного тела и тела, температуру которого измеряют. В качестве эталонного тела обычно используют нить лампы накаливания, яркость излучения которой регулируют. [3]

На (рис. 1) представлена схема оптического пирометра с "исчезающей" нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны. Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя "исчезает" из поя зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой абсолютно черного тела, что позволяет производить считывание результата в ⁰С. [4]

Стабильность показаний пирометров с исчезающей нитью зависит главным образом от постоянства характеристик измерительного прибора и лампы. Лампа с вольфрамовой нитью в течении очень длительного периода сохраняет присущую ей зависимость яркости нити от силы протекающего через нее тока, если температура не превышает 1400 ^оС. Нагрев до температуры выше 1400 ^оС приводит к распылению вольфрамовой нити и изменению ее сопротивления; возгоняющейся вольфрам оседает на стенках колбы лампы и образует темный налет. По этим причинам яркостная характеристика лампы изменяется.

Предел измерения повышают введением серого светофильтра, который в одинаковой степени поглощает энергию волн всех длин. Стекло серого светофильтра выбирают такой оптической плотности, чтобы при яркостной температуре излучателя выше 1400 ^оС нить ламы накаливания нагревалась до яркостных температур не выше 1400^оС. В соответствии с этим милливольтметр снабжают двумя шкалами: верхней – для измерения температур от 800 до 1400 ^оС с выведенным серым светофильтром и нижней – для температур выше 1300 ^оС с введенным серым светофильтром. Приборостроительная промышленность выпускает переносные пирометры с исчезающей нитью в различном конструктивном оформлении для температур от 800 до нескольких тысяч. Пирометры работают с эффективной длиной волны 0,65 или 0,66 мкм. [3]

Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 12002000 ⁰С основная допустимая погрешность измерения составляет 20 ⁰С. На точность измерения влияют неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а т ак же за счет отражения посторонних лучей. [4]

В отличие от пирометров с исчезающей нитью фотоэлектрические пирометры позволяют записывать показания и передавать их на расстояние. Эти приборы можно применять для измерения температуры при быстро протекающих процессах. Их принцип действия основан на свойстве фотоэлемента изменять фототок в зависимости от интенсивности падающего на него светового потока. В фотоэлектрических пирометрах исполь-зуется тот же участок спектра (средняя длина волны 0,65 мкм), что и в пирометрах с исчезающей нитью. Вследствие этого температура, пока-зываемая фотоэлектрическим пирометром, совпадает с яркостной температурой, изме-ренной квазимонохроматическим пирометром. Для получения истинных значений при измерении температуры реальных тел пересчет выполняют по тем же формулам, что и для квазимонохроматических пирометров. Получаемый фототок, характеризующий тем-пературу излучателя очень мал. Для его усиления применяют электронные усилители. [3]

На (рис. 2) приведена схема фотоэлектрического пирометра. Поток от излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 3 объектива фокусируется на отверстии 7 в держателе светофильтра 5 таким образом, чтобы изображение визируемого участка поверхности излучателя перекрывало данное отверстие. В этом случае величина светового потока, падающего на катод фотоэлемента 6, расположенного за светофильтром, определяется яркостью излучателя, т. е. его температурой. В держателе светофильтра расположено еще одно отверстие 8, через которое на фотоэлемент попадает поток от лампы обратной связи 17. Световые потоки от излучателя 1 и лампы 17 подаются на катод попеременно с частотой 50 Гц, что обеспечивается с помощью вибрирующей заслонки 9. Возвратно-поступательное движение заслонки обеспечивается с помощью катушки возбуждения 10 и постоянного магнита 12. В вибраторе происходит перемагничивание стального якоря 11, который с частотой 50 Гц поочередно притягивается полюсами магнита 12 и перемещает заслонку 9. При различии световых потоков излучателя 1 и лампы 17 в токе фотоэлемента появится переменная составляющая, имеющая частоту 50 Гц и амплитуду, пропорциональную разности данных потоков. Усилитель 13 обеспечивает усиление переменной составляющей, а фазовый детектор 14 последующее ее выпрямление. Полученный выходной сигнал подается на лампу, что вызывает изменение силы тока накаливания. Это будет происходить до тех пор, пока на катоде фотоэлемента световые потоки от двух источников не уравняются. Следовательно, ток лампы обратной связи однозначно связан с яркостной температурой объекта измерения. В цепь лампы 17 включено калиброванное сопротивление 16, падение напряжения на котором пропорционально силе тока и измеряется быстродействующим потенциометром 15, снабженным температурной шкалой. Окуляр 4 обеспечивает наводку устройства на объект измерения. [4]

ЗАДАЧА

Задание. Измерительная цепь состоит из газоанализатора на СО с диапазоном измерения 0-5% и основной приведенной погрешностью 5%. Выходной сигнал газоанализатора 0-20 мА подается на вторичный прибор с основной приведенной погрешностью 0,5%. Определить относительную погрешность цепи при измерении концентрации 2,5% СО.

Решение.

1) Находим основную приведенную погрешность цепи [1]

2) Выражаем относительную погрешность цепи

; ; где

∆_С – абсолютная погрешность, %(СО);

_п и _С – приведенная и относительная погрешности соответственно, %

С_N – нормирующее значение концентрации (диапазон измерения газоанализатора), %(СО)

С – истинное значение измеряемой концентрации, %(СО)

;

3) Находим относительную погрешность цепи

Ответ:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] – Козлов В.Р., Кораблёв И.В./Определение погрешности измерительных каналов АСК. Методические указания/Москва: МИХМ,1990 г, 20 с.

[2] – Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С./Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам/Москва: “Энергия”, 1978 г, 216 с.

[3] – Кулаков М.В./Технологические измерения и приборы для химических производств/ Москва: “Машиностроение”, 1983 г, 424 с.

[4] – Преображенский В.П./Теплотехнические измерения и приборы/ Москва: “Энергия”, 1978 г, 703 с.

9