3.6.3. Пирометры суммарного излучения

Пирометры суммарного (полного) излучения, называемые еще радиационными, определяют температуру по тепловому действию лучистой энергии. Для этого тепловой поток фокусируется на термобатарее, состоящей из нескольких миниатюрных последовательно соединенных термопар хромель-копель. О величине температуры судят по значению термо э.д.с., индицируемой милливольтметром. Диапазон рабочих длин волн определяется материалом линз оптической системы: для кварца 0,4-4,0 мкм, для стекла 0,4-2,5 мкм.

Измерение температуры происходит с расстояния 0,8-1,3м. Диапазон температур находится в пределах от 100 до 3500⁰С. Точность измерения уступает точности других типов пирометров и составляет от 12 до 35⁰С в зависимости от диапазона измерения. Приборы обладают высокой инерционностью, достигающей 12 с.

3.6.4. Пирометры спектрального отношения

Пирометры спектрального отношения реагируют на отношение интенсивностей излучения нагретого тела в двух участках спектра, т.е. на двух цветах. Поток излучения после объектива делится на две части при помощи интерференционных светофильтров, каждый из которых выделяет излучение определенного цвета, характеризующееся своей длиной волны. Выделенные потоки попадают на фотоэлементы. Выходные сигналы фотоэлементов поступают на вход вторичного прибора – логометра.

Показания логометра пропорциональны отношению исходных световых потоков.

Такие пирометры используются для измерения температуры горячего и расплавленного металла в диапазоне температур от 300 до 2200⁰С. На их показания слабо влияет степень черноты визируемого объекта и поглощение энергии промежуточной средой.

Пирометры спектрального отношения наиболее сложные конструктивно. Их не целесообразно применять, если нагретое тело обладает селективностью излучения, когда интенсивность излучения очень неравномерна по ширине спектра.

3.7. Измерение температуры в металлургии

На различных этапах металлургического процесса используются различные методы и приборы для измерения температуры.

Измерение температуры в нагревательных печах затруднено из-за сложной картины температурного поля, зависящей от состояния кладки, металла, печных газов, режима горелок. Поэтому измеряют некоторое значение, принимаемое за температуру печи. Измерение осуществляют термоэлектрическим или пирометрическим термометром, вводимым через стенку печи в печное пространство. При этом из-за агрессивности атмосферы термопара теряет свои характеристики и требует периодической замены. Кроме того, инерционность термопары искажает динамику тепловых процессов.

Пирометр излучения визируют на так называемый «черный излучатель» - предмет из материала, близкого к АЧТ, например, карбофракса.

В металлургии часто приходится измерять температуру газовых потоков. Измерение температуры газов производится термометрами сопротивления или термоэлектрическими термометрами. При этом важно обеспечить интенсификацию теплообмена с газовой средой путем искусственного увеличения скорости газового потока, обтекающего термометр, до 80-120м/с. В противном случае неизбежны значительные погрешности показаний из-за влияния тела термометра на тепловое поле.

Для измерения температуры поверхности среды или предмета используют контактные термоэлектрические термометры. При этом необходимо обеспечить надежный тепловой контакт с измеряемой поверхностью. С этой целью увеличивают площадь сопротивления, используя промежуточную шайбу из теплопроводного металла, приваренную к горячему спаю термопары.

Более надежное использование бесконтактных приборов – пирометров. Их можно использовать для контроля высоких температур в случае движения предмета (металл на рольгангах прокатных станов, в проходных печах), в случае труднодоступности предмета. Но в этом случае надо принимать во внимание влияние мешающих факторов: фонового постороннего излучения, нестабильности степени черноты, неопределенности оптических свойств среды. Существует ряд приемов, призванных ослабить влияние этих факторов.

Температура жидкого металла измеряется с помощью термоэлектрического термометра кратковременного или длительного погружения. В термометрах кратковременного погружения необходимо менять защитный колпачок или целиком измерительную головку после каждого измерения. Термометр длительного погружения имеет защитный колпачок, изготовленный из специальных материалов: диборида циркония, алунида и т.д. Рабочие электроды выполнены из платины и платинородия.

В тех редких случаях, когда поверхность жидкого металла видима, возможно использование пирометров, но погрешность измерения в этом случае увеличивается за счет неопределенности состояния отражающей поверхности металла.