15.Радиационные пирометры

Пирометры, основанные на радиационном методе измерения, называются радиационными или пирометрами полного излучения.

При измерении температуры радиационным пирометром измеряется так называемая радиационная температура Т_р. При этом действительная абсолютная температура тела определяется по формуле где  - коэффициент черноты полного (интегрального) излучения

Примечания:

1. Большему значению температуры соответствует меньшее значение  и наоборот.

2. Одни и те же материалы в различных диапазонах температур имеют различный коэффициент черноты

Действие радиационных пирометров основано на измерении полной энергии излучения нагретого тела.

Принципиальная схема

радиационного пирометра:

1 - исследуемое тело; 2 - телескоп;3 - термоприемник; 4 - термобатарея;5 - объектив; 6 - вторичный прибор (милливольтметр, потенциометр);7 - светофильтр; 8 – окуляр

Основным элементом комплекта радиационного пирометра является телескоп (2) и вторичный измерительный прибор (6). Лучи от исследуемого тела (1) с помощью объектива телескопа (5) собираются на термоприемнике (3). Фокусируясь на термоприемнике, т.е. вся энергия излучения попадает на рабочие концы термопар, нагревает его. Степень нагрева термоприемника, т.е. его термоЭДС, зависит от мощности теплового излучения и, следовательно, от температуры исследуемого тела Температура термоприемника измеряется термоэлектрическим методом с помощью термобатареи (4), которая представляет собой набор из последовательно включенных термопар (например ТХК), помещенных в стеклянную колбу. Рабочие концы термопар являются термоприемником. Вторичный прибор (6), измеряющий термоЭДС, градуирован непосредственно в градусах температуры и это, как правило, либо электронный потенциометр, либо милливольтметр.

Промышленностью выпускаются радиационные пирометры с различной оптической системой:

• для температуры 100…500 ⁰С оптическая система выполняется из фтористого лития;

• для температуры 400…2000 ⁰С - из кварцевого стекла;

для температуры 900…3000 ⁰С - из оптического стекла марки К-8

Время установления показаний телескопа пирометра отсчитывается от момента облучения телескопа, находящегося при температуре (20  2) ⁰С, до момента, когда развиваемая им термоЭДС, достигает значения, равного 99 % полной термоЭДС развиваемой телескопом при данной температуре излучателя. По этому показателю они подразделяются на три группы:

I - до 1,8 с включительно;

II - от 1,8 до 4 с включительно;

III - от 4 до 5 с.

16.Жидкосные манометры

В жидкостных манометрах величиной, характеризующей измеряемое давление, служит высота столба (уровень) жидкости, уравновешивающего измеряемое давление. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ним, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Выпускаются однотрубные (чашечные) и двухтрубные (U-образные) манометры. В качестве рабочей жидкости используется дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт.

Жидкостные манометры являются простыми и точными приборами. Применяются, главным образом, для лабораторных исследований и при наладочных работах. Диапазон измерений - до 0,2 МПа.

Двухтрубные жидкостные манометры. Наиболее широко применяются двухтрубные жидкостные манометры

Данные манометры используют для измерения давления и разности давлений и называют U-образными.

Две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки закреплены на металлическом или деревянном основании, к которому прикреплена также шкальная пластинкаТрубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки.В трубку 1 подается измеряемое давление, а трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводится измеряемое давление. Столб жидкости высотой h уравновешивает разность давлений. ,откуда ,где ρ - плотность рабочей жидкости (кг/м³),g - местное ускорение свободного падения (м/с²).Высота столба h определятся как сумма высот h₁ и h₂.Местное ускорение свободного падения рассчитывается по формуле ,где g_н - нормативное ускорение свободного падения, равное 9,80665 м/с², φ - географическая широта, Н - высота над уровнем моря (м). При измерениях, требующих высокой точности, учитывают расхождение температурных коэффициентов расширения рабочей жидкости, стекла, шкалы.Разность высот уровней приводят к 0 ^оС с использованием формул ,где β - коэффициент видимого расширения рабочего вещества в стекле (для ртути β = 0,00018 1/^оС); α - температурный коэффициент линейного расширения материала шкалы (для латуни α = 0,000019 1/^оС).

Погрешность зависит от цены деления шкалы. Без дополнительных оптических устройств при цене деления 1 мм погрешность ± 2 мм.

Двухтрубные манометры применяются для измерения давлений:

• ртутные - до 0,015 - 0,2 МПа;

• водяные - соответственно ниже.

По условиям прочности и удобства отсчета высота трубок не должна превышать 1,5 м. Двухтрубные манометры выпускаются с диапазоном показаний: 100, 160, 250, 400, 600, 1000 мм столба жидкости.

Для повышения точности U-образные приборы снабжают зеркальной шкалой.

Однотрубные манометры. показан чашечный (однотрубный) манометр, который состоит из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки.

Площадь сечениясосуда значительно больше, чем измерительной трубки, поэтому при одном и том же давлении высота столба жидкости в трубке будет выше, чем в сосуде пропорционально разности сечений.При измерении разности давлений большее давление подается в сосуд, меньшее в измерительную трубку.Под действием разности давлений жидкость в измерительной трубке поднимется на высоту h₁, а в широком сосуде опускается на высоту h₂, тогда высота столба h соответствующая измеряемой величине равна:

h = h₁ + h₂ .Условие равновесия - равенство объемов жидкостей.

Если F₁ - площадь сечения трубки, F₂ - широкого сосуда, то

F₁ h₁ = F₂ h₂ .

Объем жидкостей в измерительной трубке и вытесненной из широкого сосуда равны, поэтому из данных уравнений

,

где d и D - внутренние диаметры измерительной трубки и широкого сосуда.

В связи с тем, что отсчет ведется только по измерительной трубке, но уровень жидкости в широком сосуде также снижается, высота столба отличается от показаний на шкале. Поэтому вводят поправку.

Если отношение диаметров равно 1/400, то при повышении уровня рабочей жидкости в измерительной трубке на высоту h₁ в широком сосуде уровень жидкости понизится на 0,0025h₁,т.е. на 0,25% h₁. Погрешность измерения γ равна:

γ = Δ + 0,0025,

где Δ - погрешность отсчета столба жидкости.

Пример: если h = 700 мм вод. ст., то погрешность отсчета столба h₁ составляет

γ = 0,0025 · 700 = 1,75 = 2 мм вод. ст.

Таким образом, погрешность измерения однотрубным манометром выше, чем двухтрубным, но однотрубные обладают большим удобством.

Микроманометры. Микроманометры являются переносными приборами, их применяют в лабораторной практике и в промышленных условиях при проведении испытаний теплосиловых и других установок для измерения малых давлений, разрежении или разностей давлений воздуха и неагрессивных газов. Приборы этого типа в зависимости от их назначения подразделяются на рабочие и образцовые микроманометры. Рабочие микроманометры в свою очередь подразделяются на приборы технические и повышенной точности. Схема микроманометра с наклонной трубкой

Наклон измерительной трубки в этом приборе сделан с целью уменьшения погрешности измерений. В качестве рабочей жидкости в микроманометрах этого типа применяют этиловый спирт, который заливают в широкий сосуд настолько, чтобы уровень его в наклонной трубке находился против нулевой отметки шкалы.Длина шкалы у микроманометров с наклонной трубкой выполняется обычно равной 250 мм.При измерении давления в каком-либо объекте к нему присоединяют с помощью трубки широкий сосуд прибора, а при измерении разрежения - наклонную трубку. В случае измерения разности давлений большее давление подается в сосуд, а меньшее - в измерительную трубку. Применение наклонной трубки позволяет увеличивать длину столба жидкости и, соответственно, чувствительность и точность