Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Широко применяемым фотоэлектрическим пирометром первой группы является прибор ФЗП-4 с нижним пределом измерения оОО С. Из числа выпускаемых фотоэлектрических пирометров за границей к первой группе относятся, например, пирометры «Оптиматик> (США). Ко второй группе относятся фотоэлектрические пирометры, использующие широкие спектральные области излучения.
Эффективные длины волн у фотоэлектрических пирометров этого типа значительно различаются. Яркостные температуры, измеренные фотоэлектрическими пиромеграми, со значительно различающимися эффективными длинами волн, характеризуются несравнимыми значениями. Широкие спектральные интервалы, используемые в фотоэлектрических пирометрах, исключают возможность осуществлять их градуировку и поверку с помощью температурных ламп, градуированных в свете какой-либо определенной длины волны.
Поэтому фотоэлектрические пирометры второй группы градуируются и поверяются только по модели черного тела. Переход от яркостных температур, измеренных фотоэлектрическими пирометрами этого типа, к действительной температуре физического тела представляет большие трудности, так как для этого необходимо знать значения коэффициентов излучения для эффективных длин волн, лежащих в различных интервалах длин волн. В настоящее время, такие данные о значениях коэффициентов черноты излучения для большинства физических тел отсутствуют, а имеющиеся же данные значений ех для некоторых длин волн, в частности, для ) = 0,65 мкм, далеко недостаточны. Вследствие вышеизложенных причин фотоэлектрические пирометры второй группы применяются главным образом в тех случаях, когда по условию технологического процесса контроль тех(пературы тел не требует знания действительной температуры.
Однако необходимо отметить, что некоторые типы фотоэлектрических пирометров этой группы снабжаются графиком поправок„позволяющим осуществлять переход от показаний этих приборов к действительной температуре тела. Ко второй группе относятся приборы ФЭП с нижним пределом измерения 500'С (с фотоэлементом ЦВ-З), АРС с фотоэлементом СУВ-3 и ряд других. Для ознакомления с устройством фотоэлектрических пирометров в качестве примера рассмотрим применяемые пирометры ФЭЙ-4. В пирометрах этого типа с диапазоном измерения яркостной температуры от 800 до 4000'С используется вакуумный сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-51, чувствительный к излучению только видимой области спектра.
На рис. 7-4-1 представлены кривые спектральной чувствительности сурьмяно-цезиевого фотоэлемента ! н пропускания красного светофильтра 2. Из этого графика видно, что фотоэлемент СЦВ-51 в сочетании с красным светофильтром КС-15 реагирует на излучение с длиной волны от 0,60 до 0,72 мкм. При этом эффективная длина волны пирометра в диапазоне измеряемых температур остается практически постоянной (0,65 ~- 0,01 мкм). Вследствие этого температура, показываемая фотоэлектрическим пирометром, как отмечалось выше, будет совпадать с яркостной температурой, измеренной визуальным оптическим пирометром, в пределах суммы допускаемых основных погрешностей обоих приборов, В пирометрах ФЭП с диапазоном измерения температуры от 500 до 1100'С применяется кислородно-цезиевый фотоэлемент ЦВ-3, чувствительный к излучению в области длин волн от 0,4 до 1,2 мкм. Эффективная длина волны этих пирометров 0,9 — 1,1 мкм, Температура, показываемая пирометром этого типа, несколько отличаегся от яркостной температуры, измеренной оптическим пирометром.
Пирометры ФЭП с фотоэлементом ЦВ-3 снабжаются графиком поправок, позволяющим определять действительную температуру тела по показаниям этих приборов. Фотоэлектрический пирометр ах*ел ФЭП-4 (рис. 7-4-2) состоит из следую- щих отдельных блоков: первичного йл преобразователя (визирной головки) 1, включающего в себя фотоэлемент 2, г Х оптическую систему, модулятор све- та 3, лампу обратной связи 4 и двухйг каскадный электронный усилитель 8; л я силового блока б; феррорезонансного я+ лр аа йг мки стабилизатора напряжения 7; быстро- действующего автоматического потенРис.
7-44. Кривые спектраль- циометра 8; разделительного трансаой чувствительности сурьмяно- форМатора 9. ясеневого,фатовлемента сцн-Бг Нзображение источника излуче- Я и пропускания красного светофильтра 12). ния 10 с помощью объектива 11 создается в плоскости отверстия 12 в держателе красного светофильтра 13, установленного перед фотоэлементом 2.
Неподвижная диаррагма 14, установленная за объективом, обеспечивает постоянство входного угла, а размер отверстия 12 определяет ту часть светового потока, которая создает освещенность катода фотоэлемента. При фокусировке изображйние объекта 10, которое рассматривается через визирное устройство, состоящее из окуляра 15 и наклонного зеркала 1б, должно полностью перекрывать отверстие 12. В этом случае световой поток, падающий на катод фотоэлемента, зависит только от яркости объекта, а следовательно, и от яркостной температуры его. Через второе отверстие 17 в держателе красного светофильтра иа катод фотоэлемента подается световой поток от лампы 4, питаемой током выходного каскада силового блока б. С помощью этой лампы в пирометре осуществляется обратная связь по световому потоку, Перед держателем' красного светофильтра, а вместе с тем и перед фотоэлементом установлена заслонка 18 модулятора света 3. С помощью этого устройства световые потоки, падающие иа катод фотоэлемента„от объекта и лампы обратной связи модулируются с час- гогой БО Гц в противофазе.
При неравенстве этих световых потоков в пепи фотоэлемента потечет ток, переменная составляющая которого пропорциональна разности освещенностей катода обоими источниками, Переменная составляющая фототока усиливается электронным усилителем б, выпрямляется фазовым детектором силового блока б и подается на сетки ламп его выходного каскада-усилителя постоянного тока, В общую цепь катодов ламп этого выходного каскада включена последовательно лампа обратной связи. При этом в цепи этой лампы ток накала будет меняться до тех пор, пока на катоде фотоэлемента не уравняются световые потоки от источника излу- Рис. 7-44Ь Схема устройства алектрилеского пиромегра типа ФЭП-4. чения н лампы.
Следует отметить, что световой поток от лампы обратной связи несколько отличается от потока визируемого объекта, однако благодаря большому коэффициенту усиления системы разность между этими потоками мала, Таким образом, с достаточной точностью можно считать, что сила тока в цепи лампы обратной связи однозначно связана с яркостиой температурой визируемого тела. В цепь лампы обратной связи включен постоянный калиброванный резистор 1т, падение напряжения на котором измеряется быстродействующим автоматическим потенциометром, снабженным шкалой, позволяющей производить отсчет яркостной температуры, выраженной в градусах Цельсия, Пределы допускаемой основной погрешности показаний пиром ов с диапазоном измерения от 800 до 2000'С не превышают ~1% верхнего предела измерении.
Для двушкальных пирометров сд иапазоном измерения 1200 — 2000'С предел допускаемой основ- ной погрешности -+.20'С, а для второй шкалы с верхним пределом измерений выше 2000' С не превышает -+:1,5% верхнего предела измерения. Время установления показаний пиромегра около 1 с. Порог чувствительности пирометра составляет 0,1% верхнего предела измерения прибора. 7-5. Пирометры спектрального отношения Пирометры спектрального отношения или цветовые фотоэлектрические пирометргй применякпся для автоматического измерения температуры в металлургической и в других отраслях промышленности, а также в практике научных исследований.
БФз БФг Рис. 7-5-!. Схемы даухканальных пнрометроа спектрального отношения. НТ вЂ” нагретое тело: Π— обьеитна; П вЂ” нрнаиа, 3, и З» — аериала; ОБ — обтюратор; сл — синхронный лнигателге сФ, й сФ, — нрасйый н сйннй саетофильтры; Ф, н Ф,— фотоалеиенты; ЭУ вЂ” алентроииый усилитель; ОС вЂ” лересеетнан сиена; Ий — ианерн- тельный прибор. Пирометры спектрального отношения основаны на зависимости от температуры тела отношения спектральных энергетических яркостей в двух участках спектра с определенными значениями аффективных длин волн.
В зависимости от того, используется ли для каждой из спектральных яркостей отдельный приемник (фототлемент, фотодиод и т. п.) или обе яркости воздействуюг на один и тот же приемник поочередно, пирометр выполняется по двухканальной или одноканальной схеме. На рис. 7-5-1 приведены принципиальные схемы двухканальных пирометров спектрального отношения, В схеме пирометра (рис, 7-5-1, а) излучение от нагретого тела после объектива с помощью призмы раздваивается и направляется через светофильтры (напри- мер, красный и синий) на два фотоэлемента. Сигналы фотоэлементов, усиленные усилителями, подаются на пересчетную схему, выпол- няющую функции делительного звена; в качестве измерительного прибора может быть использован автоматический потенциометр, В качестве пересчетной схемы можно применить и логарифмический делитель.
В этом случае используется то обстоятельство, что лога- рифм отношения спектральных яркостей пропорционален обратному значению цветовой температуры, Зависимость логарифма отношения двух спектральных ярко- стей В,().„, Т) и В,(Х„Т) в участках спектра, характеризуемых соответственно эффективными длинами волн Х„и Х„от обратного значения цветовой температуры Т„на основании формулы (7-2-10) может быть приведена в виде вот) л ~~ ~ х„ в,О.„т„) = '~) х„7'т„х, (7-5-1) Деление в пересчетной схеме может быть осуществлено включе- нием в каждый канал логарифмирующих звеньев и вычитанием полученных сигналов, Таким образом. разность сигналов, изме- ренная потенциометром, будет являться обратным значением из- меряемой цветовой температуры. Недостатком рассмотренгюй схемы пирометра является зависи- мость характеристик от стабильности преобразующих элементов каждого канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
