Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Схема двухканального пирометра спектрального отношения (рис. 7-5-1, б) имеет дисковый обпоратор, служащий для модуляции потока лучистой энергии. Наличие в схеме прибора модулятора света позволяет использовать более стабильные усилители перемен- ного тока, однако нестабильность фотоэлементов и здесь может служить источником погрешностей. Обработка сигналов, поступаю- щих с фотоэлементов, ведется так же, как и в схеме рис. 7-5-1, а.
В одноканальных пиромеграх два различных монохроматиче- ских потока лучистой энергии подаются попеременно на один фото- электрический приемник в большинстве случаев с помощью диско- вого обтюратора (оптического коммутатора), в отверстиях которого расположены соответствующие светофильтры (например, красный и синий). Одноканальный принцип измерения повышает стабиль- ность характеристик пирометров при снижении требований к по- стоянству характеристик элементов схемы. Поэтому созданные за последние годы пирометры спектрального отношения в большинстве случаев выполнены по одноканальной схеме.
Из числа новых пирометров, выполненных по одноканальной схеме, заслуживает большого внимании пирометр спектрального от- ношения ПИТ-1, созданный в Институте металлургии им. А. А. Бай- кова АН СССР под руководством Д. Я. Свет, для измерения истинной (действительной) температуры нагретых тел (55). Этот пиромегр является первым в мировой практике автоматическим прибором для измерения действительной температуры стали, чугуна, алюмиминия и других металлов, показания когорогс, не зависят от того, является ли поверхность металла чистой, либо частично или полностью покрыта окисной пленкой. Пирометр ПИТ-1 основан на принципиально новом методе получения информапии о лучеиспускательной способности излучающей поверхности.
В основе этого метода, реализованного в пирометре для измерения действительной температуры по отношению спектральных энергетических яркостей В (Ль Т) и В (Лл 7) прн неизменной и изменяющейся лучеиспускательной способности, лежит установленная в 1бб — 68) закономерность между длинами волн теплового излучения (Ль Л,) тел и их излучательной способностью (еь еу), позволяющая получить информацию об а независимо от температуры в виде ннвариантных спектральных распределений: ,/(Ль Лт) = ~ч~, 'Рт 1пВ(Л,, T) — ~~~'„Р, 1пВ(Л~, 2'); ! 8 дХ(Ль Л.) =О, если ~~Р;Л; = "г'Р;Ц'.
Для двух составляющих и'= и = 1, Р, = Л! и Ру — — Л', где Л; н Л вЂ” безразмерные значения длин волн Л, и ЛР Инвариант 1 (Ль Л ) позволяет определить е, и зт непосредственно по значению спектральных составляющих, если функцию а (Л) аппроксимировать полиномом л-й степени, Таким образом, принципиально методическая погрешность за счет изменения лучеиспускательной способности обьекта, температура которого измеряется, может быть исключена. При числе измеряемых спектральных составляющих меньше, чем степень аппроксимирующего полинома, минимизация методической погрешности с помощью У (Ль Лт) может быть осуществлена за счет использования априорной информации обе,и ем В автоматическом пирометре ПИТ-1 используются всего две спектральные составляющие В (Лт, Т) и В (Лз, Т) с аффективными длинами волн Л, и Е„выделяемые с помощью вращающегося перед приемником излучения обпоратора с двумя светофильтрами, Информация об е, извлекаемая в процессе измерения непосредственно из энергии излучения поверхности, автоматически по найденому алгоритму вычисляется в виде некоторой функции Р (ем з,), где ет и з,— значения спектральных коэффициентов излучения для эффективных длин волн Лт и Л,.
В рассматриваемом пирометре, представляющем собой самокорректирующееся оптнкоэлектронное устройство, реализуется указанный выше инвариантный алгоритм в виде 1 (Лт, Лэ) = (Лз 1п ез — Лт 1п ет+ А,) Оз, где А, и г)о — постоянные коэффициенты. Для практической реализации метода измерения действительной температуры в вычислитель поправок электронного блока пирометра ПИ1х1 заранее (при его градуировке) вводится необходимый объем априорной информации о возможных значениях спектральных коэффициентов излучения поверхности, хранящихся в памяти прибора в виде ряда значений температурных поправок, соответствующих изменению излучательной способности поверхности жидкого металла, например от чисто зеркальной до полностью окисленной. Схема устройства пирометра действительной температуры.
Пирометр ПИТ-1 (рис. 7-5т2) состоит из первичного преобразователя, электронного блока, автоматического потенциометра КСП4 или нт Рис. 7-5-2. Схема устройства пирометра действительной температуры ПИТ-1. Нт — нагретое тело; 1 — первнчнь|Д преобразователь; 2 — объектив: 2 — полупрозрачное зеркало; а — зеркало: 2 — обтюраторг б и 7 — сслективные поглощающие стекла: 8 — злектрониыа блок; 2 — измерительныа преобразователь; 12 — сумматор сигналов; 11 — вычислитель поправок по измеренным зиаченинм функции д гао езх 12 — источник питание; СД вЂ” синхронный двигателю ф — фотозлемевт Ф-!б; П У вЂ” йредваритель. ныа усилитель;  — визирное устрааство; ИСН вЂ” источник стандартного излучении; Кола — автоматическид потеициометр. другого типа и стабилизатора напряжения, который на схеме не показан.
В первичном преобразователе в качестве приемника энергии излучения испопьзуется фотоэлемент с мультнщелочным катодом Ф-15 (или фотодиод). Спектральная чувствительность мультищелочного фотоэлемента удовлетворяет требованиям стабильности по гкрасно-синему» отношению в течение длительного времени. Вы-. "окан температурная стабильность спектрального отношения фотоэлемента Ф-15 позволяет применять его в пирометрах без специального термостатирования (641.
Энергия излучения нагретого тела, действительная температура которого измеряется, поступает через объектив, полупрозрачное теркало, обтюратор, вращаемый синхронным двигателем, и поглощающие стекла на фотоэлемент. Обтюратор выполнен в виде диска " двумя отверстиями, одно из которых закрыто красным светофильтром, другое — синим. Поэтому на фотоэлемент при вращении обтюратора попеременно попадает излучение красной и синей спектральной яркостей, Сигналы фотоэлемента, пропорциональные спектральным яркостям и усиленные предварительным усилителем, подаются по кабелю на вход преобразователя электронного блока. По измеренным значениям функции Р (ем е,) из массива априорной информации в капал вычислителя цветовой температуры Т„, находящегося в преобразователе, с помощью логического устройства вычислителя поправок синхронно вводится соответствукхцее значение температурных поправок ЛТ через каждые 0,02 с. С выхода преобразователя сигналы, пропорциональные Т„и ЬТ, поступают иа вход сумматора.
На вход автоматического потенциометра КСП4 с выхода сумматора подается суммарный сигнал цветовой температуры Т„с поправкой КТ. В каждый момент времени вторичный прибор КСП4 пирометра показывает и записывает значение действительной температуры Т„= ҄— ЛТ. В процессе работы пирометра правильность градуировки его может быть проверена по встроенному в первичный преобразователь источнику стандартного излучения ИСИ и при необходимости откорректирована с помощью селективного поглощоощего стекла 7. Первичный преобразователь имеет усгройства для охлаждения и для отдува дыма с помощью сжатого воздуха или инертного газа. Пирометр ПИТ-! рассчитан на диапазон измерения действительных температур 800 — 2000'С.
Для контроля действительных температур чугуна и стали пирометр имеет диапазон измерения 1350— 1650'С. Суммарная погрешность измерения действительных температур при изменении коэффициента лучеиспускательной способности излучающей поверхности от 0,3 до 1 не превышает +.1% нормирующего значения. Угол визирования преобразователя пирометра '/,— '/,~ в зависимости от диапазона температур. У варианта пиромегра для измерения действительной температуры стали минимальный угол визирования не более '/а,.
Пирометр типа ПИТ-1, использующий инфракрасную область спектра, имеет нижний предел измерения температуры 300'С. 7-6. Пнрометры полного излучения Для измерения радиационных температур нагретых тел в промышленных и лабораторных условиях применяют пирометры полного излучения (радиационные пирометры). Комплект пирометра состоит из первичного преобразователя (телескопа), одного или двух вторичных приборов и вспомогательных устройств. Действие пирометров полного излучения основано на зависимости от температуры полной энергетической яркости тела, описываемой формулой Стефана — Больцмана (7-2-13).
Первичный преобразователь пирометра должен быть снабжен теплочувствительным элементом и оптической системой, концентрирующей лучистую энергию тела, на теплочувствительном элементе, степень нагрева которого, а вместе с чем и выходной сигнал его определяют радиационную температуру тела. В качестве теплочувствительного элемента в большинстве случаев применяют миниатюрную термобатарею из нескольких последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей (например, хромель-копелевых или др.). Термобатарея в радиационных пирометрах старых выпусков помещалась в защитную стеклянную колбу. В пирометрах полного излучения, выпускаемых в настоящее время, применяют открытую термобатарею, т.
е. без защитной стеклянной колбы, что значительно уменьшает инерционность первичного преобразователя пирометра. Для концентрации лучистой энергии, исходящей из источника на теплочувствительный элемент, первичные преобразователи пирометров обычно снабжаются рефракторной оптической системой (собирающей линзой). При небольших мощностях лучистой энергии и, следовательно, невысоких температурах тел для концентрации энергии применяют рефлекторную оптическую систему (вогнутое зеркало).
Применение собирающей линзы или зеркала способствует увеличению потока энергии, попадающего на теплочувствительный элемент приемника, что повышает значение его выходного сигнала. Наибольшее распространение имеют первичные преобразователи (телескопы) с рефракторной оптической системой. Применяемые в настоящее время пирометры полного излучения позволяют измерять температуру в диапазоне от 400 до 3500'С. Столь широкий интервал измеряемых температур обусловливает необходимость изготовлять линзы телескопов из оптических материалов, наиболее прозрачных для лучей тех длин волн, которые преимущественно испускаются нагретыми телами в данном рабочем интервале температур. Это особенно важно при измерении относительно невысоких температур, так как в этом случае излучаемая нагретым телом энергия невелика и поэтому необходимо, по возможности без потерь, довести ее до теплочувствительного элемента первичного преобразователя пирометра.
Для преобразователей пирометров с диапазоном измерения температуры от 400 до 1500'С применяют линзы из стекла марки КИ, а с диапазоном измерения от 900 до 3500'С используют линзы из стекла марки К8. В качестве вторичных показывающих, самопишущих и регулирующих приборов, работающих в комплекте с первичными преобразователями пирометров, используются милливольтметры и автоматические потенциометры типа КСПЗ, КСП4 и др., имеющие соответствующую градуировку. Устройство этих приборов в принципиальной своей части аналогично устройству рассмотренных выше приборов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
