Өлшеу процесі кезіде бақылаушы пирометрлік шамның қылсымының кескіні өлшеу объектісі кескінінің фонында көзге көрінбей кеткенге дейін (қылсым «жойылып кетеді») пирометрлік шамның қылсымының қызуын, яғни оның жарықтылығын, өзгерте береді (4.1-

4.1 Сурет

сурет).

Монохроматты сәуле шығару пирометрлерімен температураны өлшеу қателігінің негізгі құраушыларының бірі – температурасы өлшеніп жатқан дененің жылулық сәуле шығару коэффициентінің анықталмағандығы салдарынан болатын қателік. Бір заттың өзінің ε – монохроматтық коэффициеті оның бетінің күйіне бойланысты 2-3 есе өзгеруі мүмкін. ε мәнінің нақты мәннен ауытқуы ±(10...20) % болады. Жарықтық температурасын өлшеу шектері ±14 °С (800 °С үшін) пен ± 80 °С (4000 °С үшін) аралығында жатады.

2 Түстік әдіс спектрлердің берілген интервалындағы энергетикалық жарықтылықтардың қайта үлестірілу принципіне негізделген. Осы әдіс қолданылатын спектрлік қатынас пирометрлерінде дененің температурасы екі толқын ұзындығына сәйкес келетін спектрлік энергетикалық жарықтылықтарының қатынасы арқылы анықталады. Дененің нақты температурасы Т делік. Пирометр абсолют қара дененің сәуле шығаруы бойынша градуирленгендіктен, ол абсолют қара дененің температурасын көрсетеді. Бұл кезде нақты дененің және абсолют қара дененің спектрлік энергетикалық жарықтылықтарының қатынастары өзара тең болады

. (4.13)

- түстік температура дегеніміз толқын ұзындықтарына сәйкес келетін абсолют қара дененің спектрлік энергетикалық жарықтылықтарының қатынасы Т температурадағы сол толқын ұзындықтарындағы нақты дененің спектрлік энергетикалық жарықтылықтарының қатынасына тең болатын абсолют қара дененің температурасы. (4.2) және (4.13) бойынша

. (4.14)

бірнеше түрлендірулерден кейін нақты температура мен түстік температураны байланыстыратын өрнек шығады

. (4.15)

Пирометр көрсеткен түстік температурасы бойынша дененің нақты Т температурасын анықтау кезінде спектрлік энергетикалық жарықтылықтардың қатынасы мен сәуле шығару коэффициенттерінің ( ) қатынасын есептеуге қажетті толқын ұзындықтарын білу керек. ( ) қатынасын бағалау қателігі әр шаманы бөлек анықтағандағы қателіктен азырақ, сондықтан түстік пирометрдің көрсетуінің өзгерісі және түстік температура мен нақты температуралардың айырмасы айтарлықтай көп болмайды.

4.2 суретте «Спектропир» спектрлік қатынас пирометрінің қарапайым блок-сұлбасы келтірілген. Сәулені қабылдағыш ретінде 1–және 2– германий мен кремнийден жасалған фотодиодтар алынған. Объектіден келетін

сәуле шығару ағынын айыру 3– жарық

4.2 сурет - Спектрлік қатынас бөлетін фильрдің көмегімен жүзеге

пирометрінің блок-сұлбасы асырылады. Фотодиодтадың әрқайсысы өзінің

күшейткіштері (4, 5) бар өлшеу каналдарына қосылады. Екі күшейткіштен келетін сигналдар УП– түрлендіру құрылғысына түседі. Ол жерде фотодиодтан келген сигналдардың қатынасы өлшенеді. УП – түрлендіру құрылғысында унификацияланған сигналдар (токтық немесе кернеулік) блогы орналастырылған.

3 Радиациялық әдіс дененің интегралдық энергетикалық жарықтылығының кең интервалда температураға тәуелділігіне негізделген. Бұл әдіс қолданылатын толық сәуле шығару пирометрінде температура сәуле шығарудың интегралдық энергетикалық жарықтылығы арқылы анықталады. Дененің нақты температурасы Т делік. Пирометр абсолют қара дененің сәуле шығаруы бойынша градуирленгендіктен, ол абсолют қара дененің температурасын көрсетеді. Бұл кезде нақты дененің және абсолют қара дененің интегралдық энергетикалық жарықтылықтары өзара тең болады

. (4.16)

Дененің - радиациялық температурасы дегеніміз Т температурадағы нақты дененің интегралдық энергетикалық жарықтылығы абсолют қара дененің интегралдық энергетикалық жарықтылығына тең болатын абсолют қара дененің температурасы. (4.2) және (4.16) бойынша

, (4.17)

мұндағы - жылулық сәуле шығарудың интегралдық коэффициенті.

(4.7) –ні (4.17) – ке қойып, мына өрнекті аламыз

, (4.18)

осыдан

, (4.19)

демек, радиациялық температура бойынша нақты температупаны анықтау үшін жылулық сәуле шығарудың интегралдық коэффициентін білген жеткілікті. Жалпы жағдайда

. (4.20)

Практикада - жылулық сәуле шығарудың интегралдық коэффициенті әр материалдың тегіне және бетінің өңделу күйіне байланысты әртүрлі мәндерге ие болуы мүмкін.

Нақты денелер үшін - радиациялық температура нақты температурадан әрқашан кіші болады, себебі нақты денелер үшін ε < 1.

Т нақты температураны дененің - радиациялық температурасы бойынша анықтау үшін тек қана сәуле шығарудың интегралдық коэффициентін (ε ) білу керек. Оның ауытқу қателігі ±(10...20) кейде ±50 % болады.

Толық сәуле шығару пирометрлік түрлендіргіштер АПИР-С сәуле шығару пирометрлерінің агрегаттық комплексіне кіреді. Олар беттердің радиациялық температураларын (30...2500) °С диапазонда өлшеуге қолданылады.

Термобатареясы бар пирометрдің қағидалық сұлбасы 4.3 суретте келтірілген. 1– өлшеу денесінен келетін сәуле 2– телескоптың объективіне (линзасына) түседі де, 3 – диафрагма арқылы 4 – термобатареяның арнайы колбаға орналастырылған ыстық түйініне фокусталады. Батареяның термоЭҚКі 5 – екінші ретті өлшеу түрлендіргішінің (ПВ-0) кірісіне беріледі. 6 – окуляр мен 7 – диафрагма көмегімен 8 – бақылаушы бірінші ретті түрлендіргішті өлшеу объектісіне бағыттайды.

І с жүзінде 0 ден ∞ дейінгі толқын

ұзындықтардың бәрін жұта алатын қабылдағыш жасау оңай емес, сондықтан көбінесе толқын ұзындықтарының шектелген интервалын жұтатын сәуле қабылдағыштары бар пирометрлер қолданылады. Оларды толық емес сәуле шығару пирометрлері деп атайды.

4.3 сурет - Толық сәуле шығару Дененің сәуле шығаруы бойынша темпера-

пирометрінің қағидалық турасын өлшеу әдістерінің

сұлбасы артықшылықтары:

- құралды денеге тікелей түйістірудің қажеті жоқ;

- өлшеудің жоғарғы шегі шектелмеген;

- өте сезімтал әдістер.

Кемшілігі: нақты дененің температурасын өлшегенде, оның псевдотемператураларының (жарықтық, түстік, радиациялық) мәндері алынады.

Нақты температурадан ауытқудың, яғни қателіктің ең аз мәні түстік температура үшін, ал ең көбі радиациялық температура үшін болады

. (4.21)

Сәуле шығару пирометрлерімен температураны өлшеу қателіктерінің негізгі құраушысы - температурасы өлшеніп жатқан дененің жылулық сәуле шығару коэффициентінің анық еместігі есебінен туындайтын қателіктер

. (4.22)

Нақты жағдайларда материалдың тегіне, оның бетінің күйіне және температурасына тәуелді. Сондықтан бағалау кезінде қателік 10-20% құрайды.

Квазимонохроматтық әдіс үшін жылулық сәуле шығару коэффициентінің анық еместігі есебінен туындайтын салыстырмалы қателіктер 2-3% құрайды.

Спектрлік қатынас пирометрлерінде салыстырмалы қателіктің өрнегі

. (4.23)

Мұнда қатынасының анық еместігі есебінен туындайтын салыстырмалы қателік айтарлықтай аз болады.

Толық сәуле шығару пирометрлерінде температураны өлшеу кезінде - жылулық сәуле шығарудың интегралдық коэффициентінің анық еместігінің есебінен туындайтын қателіктің өрнегі

. (4.24)

- ны бағалау қателігі 20-30% құрайды. Сондықтан толық сәуле шығару пирометрлерінде - жылулық сәуле шығарудың интегралдық коэффициентінің анық еместігінің есебінен туындайтын салыстырмалы қателіктер 5-8 % құрайды.

Бақылау сұрақтары

1 Физикалық дененің және абсолют қара дененің спектрлік энергетикалық жарықтылықтары арасындағы байланыс қандай?

2 Физикалық дененің жарық шығаруы бойынша температурасы өлшенгенде неліктен шартты температуралар алынады?

3 Сәуле шығару пирометрлерінің қандай түрлерін білесіздер?

4 Жарықтылық температура деген не?

5 Түстік температура деген не?

6 Радиациялық температура деген не?

7 Пирометрмен өлшенген температуралардың қайсысының нақты температурадан ауытқуы ең аз болады?

8 Пирометрмен өлшенген температуралардың қайсысының нақты температурадан ауытқуы ең үлкен болады?