Цель лабораторной работы: ознакомление с используемыми на энергетических объектах устройств для измерения температуры, исследовании испытуемого образца (металлическая пластина, материал - Сталь 20) и определении ее твердости. Также в данной лабораторной работе рассматриваются два метода неразрушающего контроля: оптический и контроль проникающими веществами.
1.1 Определение темературы
Существуют два основных способа для измерения температур — контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Этому способу присущи свои недостатки. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.
Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности.
По принципу действия все термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:
1. Термометры расширения от -260 до +700 °С, основанные на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры.
Манометрические термометры от -200 до +600 °С, измеряющие температуру по зависимости давления жидкости, пара или газа в замкнутом объеме от изменения температуры.
Термометры электрического сопротивления стандартные от -270 до +750°С, преобразующие изменение температуры в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников.
Термоэлектрические термометры (или пирометры), стандартные от -50 до +1800 °С, в основе преобразования которых лежит зависимость значения электродвижущей силы от температуры спая разнородных проводников.
1.2 Ход работы
В ходе лабораторной работы были рассмотрены как контактный так и бесконтактный способы измерения температуры.
Контактный способ определения температуры:
Термоэлектрические преобразователи (термопары) и термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления) позволяют обеспечить контроль температуры всех типов установок тепловых электростанций и тепловых сетей.
Термопары - это термоэлектрические контактные датчики, которые состоят из двух разных по физическим свойствам проводников и соединений этих проводников (пар). Термопары не требуют внешнего источника питания и сами вырабатывают напряжение в зависимости от изменения температуры. Это надежные и недорогие датчики температуры.
Принцип действия термопары основан на явлении возникновения контактной разности потенциалов при соприкосновении двух различных металлов. Причиной этого являются неодинаковые значения работ выхода электронов и различные значения концентрации свободных электронов в соприкасающихся металлах.
В ходе лабораторной работы необходимо выявить тип используемой термопары по показателям:
при t = 100 °С,ТЭДС = 0,647 мВ => термопара типа ТПП (Я);
ТЭДС = 0,35 мВ, t = 50,8 °С => термопара типа ТХК;
ТЭДС = 0,2 мВ, t = 30,5 °С => термопара типа ТХА.
Бесконтактный способ определения температуры:
Данный способ определения температуры рассмотрен на пирометрических устройствах - Komoloff 410 и OPTRIS MS.
Пирометр - измерительный прибор для бесконтактного измерения температуры. Представленные приборы основаны на использовании инфракрасного излучения.
Принцип действия инфракрасного пирометра основан на измерении абсолютного значения излучаемой энергии одной волны в инфракрасном спектре. На сегодня это относительно недорогой бесконтактный метод измерения температуры. Данные устройства могут наводиться на объект с любой дистанции и ограничены лишь диаметром измеряемого пятна и прозрачностью окружающей среды.
Инфракрасные термометры, часто называемые пирометрами, используют принцип детектора инфракрасного излучения. Интенсивность и спектр излучения зависит от температуры тела. Измеряя характеристики излучения тела, пирометр косвенно определяет температуру его поверхности.
Назначение пирометров:
измерение температуры удаленных и труднодоступных объектов;
измерение температуры движущихся частей
обследование частей, находящихся под напряжением;
контроль высокотемпературных процессов;
регистрация быстро изменяющихся температур;
измерение температуры тонкого поверхностного слоя;
обследование частей, не допускающих прикосновения
обследование материалов с низкой теплопроводностью или теплоемкостью;
экспресс - измерения.
Так как пирометры применяются в случаях быстрого изменения температуры, быстродействие для них является важной характеристикой. Оно обычно оценивается временем достижения 95% установившегося показания (время установления показания). Оптическое разрешение пирометра:
Фокусное расстояние пирометра:
Область чувствительности пирометра можно считать конической "шибко на достаточном расстоянии. Вблизи она имеет более сложную форму. [Часто у пирометра зона чувствительности сначала сужается до минимума, а затем начинает расширяться в форме конуса. Расстояние F, на котором достигается минимальный диаметр зоны чувствительности d, называется фокусным расстоянием. Для таких пирометров параметры F и d указываются в документации. Существуют специальные короткофокусные пирометры, у которых d составляет 5...8 мм на расстоянии F 300...600 мм.
Простейшие пирометры не имеют устройства нацеливания и могут применяться только на близких расстояниях. Для нацеливания пирометра на удаленные объекты чаще всего применяется луч лазера. С помощью одиночного лазерного луча можно определить только точку вблизи центра зоны чувствительности. У такого прицела луч лазера не совпадает с оптической осью объектива пирометра, поэтому центр зоны смещен относительно лазерного указателя на фиксированное расстояние 1-2 см. В усовершенствованном коаксиальном прицеле луч лазера выходит из центра объектива пирометра и всегда попадает в центр зоны измерения. Двойной лазерный прицел показывает не только расположение, но и размер зоны измерения пирометра, однако на близком расстоянии он может быть сильно завышен. Разновидность двойного прицела с пересекающимися лучами называется кросс-лазером и обычно применяется в короткофокусных пирометрах, так как этот вид лазера удобен для определения местоположения фокуса объектива. Круговой лазерный прицел, образованный несколькими лучами, наглядно обозначает зону измерения пирометра. Простому жруговому прицелу присущи уже упомянутые недостатки - параллакс и завышенный размер зоны измерения на близком расстоянии. Наиболее совершенный прицел, лишенный этих недостатков, создается несколькими лазерными лучами, расположенными вокруг объектива пирометра образующими гиперболоид вращения. Такой прицел точно обозначает зону измерения на любом расстоянии от пирометра, поэтому он называется точным круговым лазером (TRUE SPOT™).
Лазерный луч плохо виден на ярко освещенной или раскаленной поверхности, поэтому высокотемпературные пирометры для нацеливания иногда оснащаются оптическими визирами.
Прибор Komoloff 410 измеряет температуру поверхности объекта бесконтактным способом в диапазоне от -60 до 500 градусов по Цельсию. Оптическое разрешение оптики прибора составляет 12 к 1. Сбоку имеется гнездо для подключения и измерения температуры с помощью контактного термодатчика К-типа. В этом случае диапазон измеряемой температуры составляет от -64 до 1400 градусов по Цельсию. При измерении температуры бесконтактным способом через меню прибора можно включить лазерный целеуказатель. Это поможет более точно прицелиться в область измерения. Так же через меню прибора можно установить нужный коэффициент излучения, посмотреть максимальные и минимальные значения измеренных температур, выставить максимальное и минимальное значение порогов срабатывания предупреждающего сигнала. Измеренная температура отображается на жк дисплее, в нижней части дисплея отображается дополнительная информация, в том числе и измеряемая температура с контактного термодатчика.
Пирометры Optris серии Mini Sight (MS) имеют широкий температурный диапазон от -32 до 420°С, лазерное нацеливание и высокое оптическое разрешение. Инфракрасные термометры Mini Sight позволяют измерять маленькие объекты диаметром от 13 мм на любом расстоянии, меньшем 140 мм.