№ 1 дәріс. Кіріспе. Технологиялық параметрлерді техникалық бақылау технологиялық процестерді басқарудың автоматтандырылған жүйесінің (ТПАБЖ) бірінші (төменгі), бірақ өте маңызды деңгейі болады. Технологиялық агрегаттардың орнықтырылған режимдерін сақтау, осы режимдерді анықтайтын физикалық шамалардың ағымды мәндері туралы өлшеуіш ақпараттарсыз мүмкін емес. Басқаша айтқанда, ТПАБЖ кеңейте ендірілуі, ең алдымен ақпараттық жүйені құруға бағытталған, онда ақпараттың жиналуы мен алғашқы өңделу функциялары автоматтандырылады. Бұл, ақпаратты жинауды автоматтандырудың барлық жерде бірінші кезекті саты болып табылатынымен және онсыз оптималды басқару міндеттерін шешуге кірісу мәнсіз болатынымен байланысты. Металлургиядағы технологиялық процестердің әртүрлі болуына қарамастан, олардың өтуі физикалық шамалардың салыстырмалы аз санымен анықталады: температураның, қысымның, процесте қатысатын заттардың құрамы мен шығынымен және басқада заттармен. Осы шамаларды бақылау үшін металлургиялық агрегаттарды бақылаушы-өлшеуші аспаптар жүйелерімен (КИП) жабдықтайды. Өлшеу деп техникалық құралдар көмегімен тәжірибелік жолмен физикалық шамалар мәнін табуды атайды. Өлшеу процесі кезінде шаманы өлшеу бірлігімен салыстырады, ол өлшенетін шамамен тектес болуы керек. Өлшеуіш аспаптар бақылаушы тікелей қабылдай алатын нысандағы өлшеуші ақпарат сигналдарын шығарады. Аспаптар (немесе өлшеуіш жүйелер) 1 суретте кескінделген кәдімгі типті құрылымдық сұлбаларда болады Сезгіш элемент 1 өлшенетін шаманың тікелей әсерінде болады. Түрлендіруші элемент 2 өлшенетін ақпарат сигналын қолдану үшін ыңғайлы нысанға түрлендіреді. Өлшеуші механизм 3 өлшеу процесін жүзеге асырады. 1-3 элементтері жалпы жағдайларда алғашқы өлшеуші түрлендіргішті (алғашқы аспап) I құрайды. Өлшеу нәтижесін беретін түрлендіргіш элементпен 4 түрлендіреді және байланыс желісі бойынша (б.ж.) екіншілікті аспапқа ІІ беріледі. Бұл аспаптың құрамына кіретіндер: аралық өлшеуші түрлендіргіш 5, өлшеуші механизм 6, есептеуші құрылғы 7, ол шкала мен сілтеуші көмегімен өлшенетін шаманың мәнін есептеуге арналған. Егер өлшенетін ақпарат бақаланатын бірнеше нүктесінде немесе басқару жүйелерінде қолданылатын болса, онда екіншілікті аспап бір немесе бірнеше беретін түрлендіргіштерден 8 тұра алады. Бірнеше беретін түрлендіргіштер алғашқы аспапта бола алады. Есептеуші құрылғы түріне тәуелді аспаптар көрсететін және тіркейтін болып бөлінеді. Тіркейтінге жататындар – көрсеткіштерді диаграмма түрінде жазатын өздігінен жазушылар; басушылар, көрсеткіштерді сандық нысанда басады, және интегрФалдаушы, келтірілетін шама уақыт немесе басқа тәуелсіз ауыспалы бойынша интегралданады. Көрсететін аспапта есептеуші құрылғы қозғалмайтын шкаладан және соның бойлығымен жылжитын тілді нұсқаушыдан тұрады. Қозғалыстағы, әншейінде айналатын шкалалы және қозғалыссыз нұсқамалы аспаптар сирек қолданылады. Шкаланың бастапқы Абас. және ақырғы Аақыр. мәндері – белгіні ескерумен осы шкала бойынша анықталатын, өлшенетін шамалардың ең үлкен және ең кіші мәніне сәйкес белгілер. Абас. – Аақыр айырмасын көрсету диапазоны деп атайды. Екі көрші белгінің арасындағы қашықтық шкаланың бөлшектігі болады, ал шкаланың екі көрші белгісіне сәйкес шаманың мәндерінің айырмасы – шкаланың бөлшегінің бағасы. Тағайындалуы бойынша БӨА техникалық (жұмысшы), зертханалық, бақылаушы, үлгілі және эталонды болып бөлінеді. Бақылаушы аспаптарды, техникалық аспаптарды олардың орналасқан жерінде тексеру үшін, зертханалықты – ғылыми зерттеулер кезінде дәл өлшеу үшін қолданады. Шамалардың бірегейлі болуын қамтамасыздандыру үшін эталондық және үлгілік аспаптардың белгілі бір жүйесі болады. Эталондық деп, ең жоғары дәлдікпен өлшеу бірліктерін жүзеге асыру және сақтау үшін мемлекетте заңдастырылған, үлгілік шамалар (шама – берілген мөлшердің физикалық шамасының анықталған нақты нысаны) мен үлгілі өлшеуші аспаптарды атайды. Үлгілік аспаптар солар арқылы жұмысшы аспаптарды салыстырып тексеруге арналған. Салыстырып тексеру деп өлшеуіш аспаптарды олардың қателіктері немесе олардың көрсеткіштеріне енгізілген түзетулерді анықтау үшін үлгілік аспаптармен салыстыру операцияларын атайды. Градуировка дегеніміз өлшеудің орнықтырылған бірлігімен көрсетілетін мәндер шкалалар бөлінуіне түсірілетін операция. Өлшеу процесі, барлық физикалық процестер сияқты, өлшенетін шаманың нақты мәні туралы өлшеуші тұлғаға бұрмаланған көрініс көрсететін, қателіктермен жүреді. Өлшеуші құралдардың қателіктерінің сандық мәнінің нысанына қарай, қателер абсолютті, салыстырмалы және келтірілген болып бөлінеді. Абсолютті қателік Δх аспаптың көрсеткіші хп мен өлшенетін шаманың мәні х арасындағы айырмамен анықталады: Δх = хп – х

(1) Абсолютті қателік белгілі бір белгіде болады (плюс немесе минус) және өлшенетін шаманың бірлігімен көрсетіледі. Егер Δх > 0, онда аспап өрсеткіші жоғарылатылған; егер Δх < 0 – көрсеткіш төмендетілген.

Теңдеуден (1) алынады х = хп – Δх = хп + Δу (2) мұндағы Δу - аспаптың көрсеткіштеріне түзету. Абсолютті қателік өлшеу сапасын толық сипаттау үшін жеткіліксіз. Оны салыстырмалы қателік жақсы сипаттайды, ол абсолютті қателіктің өлшенетін шаманың нақты мәніне қатынасымен анықталады, яғни: δх = Δх / х (3) Әншейінде хп мәні х мәнінен аз айырмашылықты болады, онда (3) теңдеудің орнына салыстырмалы қателіктің басқа нысанын өолданады, бұл кезде пайызбен есептеледі: δх = (Δх / хп)100

(4) Жеке өлшеудің сапасын қанағаттанарлықтай сипаттайтын, салыстырмалы қателік, аспаптың сапасын сипаттау үшін пайдасы жоқ деуге болады. Аспаптар үшін оның сапасын барынша толық сипаттайтын шама, ол келтірілген қателік Δ, ол абсолютті қателіктің аспап шкаласының соңғы мәніне қатынасына тең Δ = (Δх / Акон.)100 (5) Пайызбен келтірілген, негізгі келтірілген қателіктің ең ұйғарынды мәнін аспаптың дәлдік сыныбы деп атайды: К=Δмакс=(Δхмакс / Акон.)100 (6) Қоршаған ортаның жағдайының және басқа пайдалану көрсеткіштерінің нормадан ауытқуы кезінде аспаптың қосымша қателігі пайда болады. Негізгі деп аспап жұмысының дұрыс жағдайына сәйкес қателерді айтады: қоршаған ортаның температурасы +20 °С кезінде; атмосфералық қысым 101,325 кПа; ауаның салыстырмалы ылғалдығы 30—80 %; қоректену көздерінің берілген кернеуінде; аспаптың жұмыс орнының дұрыс орналасуында. Егер аспап қалыпты жағдайдан айрықша жағдайда жұмыс істесе, онда қосымша қателік пайда болады, ол аспаптың жалпы қателігін жоғарылатады. Техникада белгілі бір алдын ала берілетін және белгіленген қателікпен өлшенетін аспаптар ғана қолданылады. Оның шамасына қарай өлшеуіш аспаптар келесі дәлдік сыныптарына бөлінеді: 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,06; 0,1; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 1,6; 2,0; 2,5; 4,0. Өнеркәсіптік аспаптар дәлдік сыныптары 0,5; 1,0; 1,5 шығарылады. Аспаптың дәлдік сыныптары оның шкаласында көрсетіледі. Қателік шамасымен қатар өлшеуіш аспаптардың жұмысы өзгертумен, сезімталдықпен және кешігумен сипатталады. Өлшеуші аспап көрсеткішінің тұрақтылығын сипаттайтын түрлендірме деп өлшенетін шаманың бір нақты мәні үшін турада, керіде жүріс кезіндегі аспап көрсеткішінің экспериментті алынған ең үлкен айырмасы аталады. Қателік сияқты, түрлендірме де өлшеудің жоғарғы шегінен пайызбен бағаланады немесе аспаптың шкаласының диапазонымен. Өлшеуші аспаптардың түрлендірмелері әртүрлі механикалық құбылыстар салдарынан

пайда болады: тіректердегі үйкелістен, кинематикалық буындардағы люфттерде, қозғалыстағы жүйенің массасының әсерінен және т.б. Қателіктер оның пайда болуына байланысты келесі категорияларға бөлінеді: 1) кездейсоқ; 2) жүйелі; 3) дөрекі; 4) динамикалық. Өзінің табиғаты мен шамасы бойынша анықталмаған, өлшеудің жағдайының үздіксіз өзгеруімен байланысты пайда болатын (сыртқы факторлар, көрсеткішті есептеу әдісі және т.б.) қателерді кездейсоқ қате деп атайды. Жүйелі деп шамасы мен белгісі бойынша тұрақты немесе заңды өзгеретін қателерді атайды. Дөрекі қателіктер өлшеу нәтижесінің айқын бұрмалануына әкеледі (аспап шкаласы бойынша қате есептеу, көрсеткіштерді дұрыс жазбау және т.б.). Жүйелі қателер түзетулер енгізу арқылы өлшеу нәтижелерін сәйкес дұрыстау жолымен жойылады. Дөрекі қателіктер ары қарай қарастыру (есептеу) жағдайларынан алынып тасталуы керек. Динамикалық қателіктер уақыт бойында өзгеретін шамаларды өлшеуде пайда болады, және өлшеуіш аспаптың инерциялығымен түсіндіріледі, ол барлық уақытта өлшенетін шаманың өзгерісін жеткілікті жылдам тіркей алмайды. Қателік, аспаптың сапасының басқа көрсеткіштері сияқты, салыстырып тексеру жолымен анықталады. Аспаптың сапа көрсеткішінің бірі – оның сезімталдығы, ол аспаптан шығар жердегі сигнал өзгерісінің оның өзгерісін тудыратын өлшенетін шамаға қатынасына тең. Абсолюттік S = Δl/Δх және салыстырмалы Sо= Δl(Δх/х) сезімталдық болып бөлінеді, мұндағы Δl – шығыстағы сигнал өзгерісі; х – өлшенетін шама; Δх – өлшенетін шаманың өзгерісі.

№ 2 дәріс. Температуралық шкалалар, температураны өлшеуге арналған аспаптардың сыныптамасы. Екі температура шкаласы кеңінен қолданылады: абсолютті термодинамикалық және халықаралық тәжірибелік. Термодинамикалық шкаланың есептелу басы болып абсолюттік нөл нүктесі таңдалған, ал жалғыз реперлік нүкте ретінде, 273,16 К тең, судың үштік нүктесі қабылданған. Дегенмен термодинамикалық шкала тәжірибелік кең қолдау тапқан жоқ, өйткені газдық термометрлер көмегімен оны жүзеге асыруда үлкен қолдану қиыншылықтары туды. Өлшеу кезінде ең ыңғайлы болып халықаралық тәжірибелік температуралық шкала табылады (МПТШ), ол заттардың фазалық тепетеңдігі температураларының қалпына келтірілу қатарына негізделген (негізгі реперлік нүктелер). Негізгі реперлік нүктелер арасындағы интервалдардағы температуралар, эталондық аспаптардың көрсетулері мен халықаралық тәжірибелік температуралық шкала арасындағы байланысты белгілейтін, интерполяциялық теңдеулермен анықталады. Негізгі реперлік нүктелер температуралардың —259,34-дан (тепетеңдікті сутегінің үштік нүктесі) 1064,43 °С дейін (алтынның қату нүктесі) диапазонында орналасады. МПТШ-да температуралар интервалы —259,34тан 630,74 °С дейін кедергінің эталонды платиналы термометрі бойынша көрсетіледі, ал 630,74-тан 1064,43 °С дейінгі интервал — эталонды платинородийлі-платиналы терможұпта. 1064,43 °С жоғары температура МПТШ-да Планк заңы бойынша анықталады. Температура МПТШ бойынша t арқылы белгіленеді, ал сандық мәні °С белгісімен қосарлана жазылады. Абсолюттік термодинамикалық температура Т мен халықаралық тәжірибелік шкала бойынша температура t арасында келесі қатынас бар: Т = t + 273,15 К. Температураларды өлшеудің жанама және жанамасыз әдістері бар. Бірінші жағдайда аспаптың сезімтал элементі өлшеу объектісімен сенімді жылулықты жанасу қамтамасыз етілуі керек: бұл жерде температураны өлшеудің жоғарғы шегі қолданылатын сезімтал элементтердің ыстыққа беріктігі мен химиялық тұрақтылығы шектелген. Ал аспаптың сезімтал элементін өлшеу объектісімен сенімді жылулықты жанастыру қиын болған кезде, өлшеудің жанамасыз әдісі қолданылады. Термометр деп температураның белгілі функциясы болып табылатын, оны сигналға түрлендіру жолымен температураны өлшеуге арналған құрылғыны (аспапты) атайды. Әрекет ету принципі бойынша температураны өлшеуге арналған аспаптар келесі топтарға бөлінеді: Кеңею термометрлері, Әрекет ету принциптері температураға тәуелді сұйықтың көлемінің (сұйықтық) немесе қатты денелердің (биметалдық және дилатометриялық) сызықтық мөлшерлерінің өзгеруіне негізделген. Мұндай термометрлермен өлшеу шегі —190-ден +600 °С дейін құрайды. Манометрлік термометрлер, температураға тәуелді шектеулі көлемде болатын сұйықтың, булы сұйықты қоспаның немесе газдың қысымдары өзгереді. Олар температуралардың —50 -ден +630 °С дейінгі шектерінде температураларды өлшеу кезінде қолданылады. Электр кедергісі термометрлері, температураның өзгеруімен әртүрлі материалдардың электрлік кедергілерінің өзгеруіне негізделген. Бұл жағдайдағы температураны өлшеу шегі – 200-ден + 650°С дейін металдық және – 90-нан + 180 °С дейін кедергінің жартылай өткізгішті термометрлері үшін (термисторлар). Термоэлектрлік термометрлер (терможұптар), әрекет істеу принципі , әртекті термоэлектродтар-өткізгіштерден немесе жартылай өткізгіштерден тұратын, тұйықталған тізбек дәнекерінің бірінің температурасы өзгерген кездегі электрқозғалтқыш күштің пайда болуына негізделген. Олар —50-тан +2500 °С дейінгі температураны өлшеу үшін қолданылады. Жоғарыда аталған термометрлер температураны өлшеуге арналған жанама аспаптар қатарына жатады.

Температураны жанаспайтын аспаптармен өлшеу үшін сәулелену пирометрлері қолданылады, оларға жататындар: а) бөлшекті сәулелену пирометрлері (жарықтылықты, оптикалық), температураға тәуелді дененің монохроматикалық сәулелену қарқындылығының өзгерісіне негізделген. Өлшеу шектері 800-ден 6000 °С дейін; б) түсті пирометрлер, температураны 200-ден 3800 °С дейін у которых измерение температуры в пределах от 200 до происходит за счет измерения отношения интенсивностей излучения на двух длинах волн; в) радиациялық пирометрлер, қыздырылған денелердің сәулеленуінің толық қуатын өлшеуге негізделген. Өлшеу шектері 20-дан 2000 °С дейін. Кеңею термометрлері. Сұйықтық шынылы термометрлерде денелердің жылулық кеңею қасиетін қолданады. Бұл жердегі температураның өзгерісі сұйық пен термометр қауызы материалының көлемдік кеңеюінің коэффициенттерінің айырмасына негізделген. Сұйықтық термометрлердің сезімталдығы, сұйық пен қауыз шынысының кеңеюінің температуралық коэффициенттерінің айырмасы үлкен болған сайын, жоғары болады, сондықтан термометрлерді әзірлеу үшін, кеңеюдің температуралық коэффициенті 2х10-5 1/°С термометрлік шыны қолданылады. Жұмысшы термометрлік сұйық ретінде көбінесе химиялық таза сынап қолданылады. Өлшеудің төменгі шегі сынаптың қатаю температурасымен шектеледі және —35 °С тең, жоғарғы шегі шыны үшін ұйғарынды температуралармен анықталады. Кварцтық шыныны қолдану кезінде өлшеудің жоғарғы шегі +750 °С дейін артады. Қалыпты атмосфералық қысым кезінде сынаптың қайнау температурасы 356,58 °С тең болатындықтан, жоғары температуралы сынапты термометрлерде капиллярлық құбыршадағы бос кеңістік, қысыммен, инертті газбен толтырылады: мысалы шкаласы 500 °С дейінгі термометрлерде газдың қысымы 20х10s Па жетеді. 190 °С дейінгі температураларды өлшеу үшін, толықтырғыштар ретінде органикалық сұйықтар қолданылады. Осындай термометрлерден ең кең таралғаны – өлшеу шектері —80-нен +80 °С дейін болатын спиртті термометрлер болады. Термометрлер келесідей түрлерге бөлінеді: - техникалық сынапты – тіке және бұрышты ішіне салынған шкалалы. Температуралар диапазоны – 90-нан + 600 °С дейін; - зертханалық сынапты — таяқшалы немесе шкаласы ішіне салынған. Ең дәлдікті термометрлер, шкаласының бөліну бағасы 0,1 °С, өлшеу интервалы 50 °С болады, мысалы 150-ден 200 °С дейін. 0 °С басталатын шкалалар үшін өлшеудің жоғарғы шегі 500 °С тең; - сұйықтықты (сынапты емес) 190-нан +100°С дейінгі температураларды өлшеу үшін шығарылады; - электржанаспалы сынапты — капиллярлық құбыршаға қозғалыссыз жанасумен пісіріп жабыстырылған және электр желісінің сынып бағанасымен жанасуға арналған бір қозғалыстағы контактімен. Олар 0—300°С шегіндегі қажетті температураларға жету туралы сигнал үшін пайдаланылады. Егер термометр өлшеу шарты бойынша өлшенетін ортаға толығымен батырыла алмайтын болса, онда келесі теңдеуге сәйкес сынаптың шығатын бағанасына түзету енгізілуі керек: Δ t = n β (t2 — t1) (7) мұндағы n — шығып тұрған сынап бағанасындағы градустер саны; β — шыныдағы жұмысшы сұйықтың кеңею коэффициенті (сынап үшін 0,00016, спирт үшін 0,001, 1/°С); t2 — термометр көрсететін температура; t1 — сынаптың шығып тұрған бағанасының орташа температурасы, ол негізгі термометрдің шығып тұрған бөлігінің ортасына резервуары бекітілген қосалқы термометрмен өлшенеді. Шыны сұйықтық термометрлердің негізгі басымдылығы — құрылғысы мен құрылысының қарапайымдылығы, арзаншылығы және тіпті сериялық шығырылатын термометрлер үшінде жоғары дәлдікті көрсеткіштігі. Шыны сұйықтық термометрлердің кемшіліктеріне тіркеу мүмкінсіздігі мен көрсеткішті қашықтыққа беру мүмкінсіздігі жатады. Сызықтық кеңею термометрлері биметалдық және дилатометриялық болып бөлінеді. Биметалдық термометрлердің әрекеті, қыздыру кезінде өзара қатаң біріктірілген, екі әртүрлі материалдың элементтерінің сызықтық кеңеюі айырмасын ΔLt өлшеуге негізделген. Биметалдық термометрлер жазық және шиыршықты спираль түріндеде орындалады, оның бір ұшы қатаң бекітілген, ал екінші ұшы қыздыру кезінде шиыршықталады және сонымен байланыстырылған тілді градуирленген шкала бойлығымен бұрады. Дилатометриялық термометр бір ұшымен қатаң қосылысқан, құбырша мен стерженнен (өзектен) тұрады. Құбырша сызықтық кеңею коэффициенті үлкен металдан дайындалған, ал стержень — сызықтық кеңею коэффициенті төмен материалдан (инвар, кварц, фарфор) жасалған. Өлшеу кезінде құбырша толығымен өлшенетін ортаға батырылуы тиіс. Температураның жоғарылауымен құбыршаның ұзындығы өзгереді, бұл ондағы стерженнің жылжуына келтіреді. Бұл қозғалыстар рычагтар жүйесі арқылы градуирленген аспаптың тіліне беріледі. Өлшеу шектері —150-ден +700°C дейін болады, қателігі 1 — 2 % аспайды. Бұл термометрлер көбінесе температураны реттеудің автоматтық жүйелерінде датчиктер ретінде қолданылады.

№ 3 дәріс. Манометрлік термометрлер. Манометрлік термометрлердің әрекет ету принципі, өлшенетін ортаның температурасына тәуелді тұйықталған жүйедегі газдың немесе сұйықтың қысымын өлшеуге негізделген. Манометрлік термометрдің принципиалдық сұлбасы 2 суретте кескінделген. Өлшенетін ортаның температурасы термобаллоннан 1, капиллярлық құбыршадан 7 және манометрлік серіппеден 2 тұратын терможүйемен қабылданады, жәнеде қысымның өзгеруіне түрленеді. Бұл кезде манометрлік серіппенің еркін ұшы тяга 6, тісті сектор 8, шестерня 5 арқылы көрсететін тілді 3 шкала бойынша 4 қозғалтады. Термобаллон тот баспайтын болаттан, ал капилляр — мыс немесе ішкі диаметрі 0,15—0,5 мм болат құбыршадан жасалған. Капилляр ұзындығы 60 м жетеді. Термометрдің терможүйесі жұмысшы затпен толтырылады: газбен, сұйықпен немесе сұйықтың оның қаныққан буымен қоспасымен. Газдық, сұйықтық және конденсацияланған манометрлік термометрлер болып бөлінеді. Газдық манометрлік термометрлердегі бастапқы қысым өлшенетін температураға тәуелді және жалпы 0,98-4,9 МПа құрайды. Қысымның температураға тәуелділігі келесі түрге енеді: Р1= Р0[1+ β (t — t0)], (8) мұндағы β — газ кеңеюінің термиялық коэффициенті, 1/°C; t0 және t — бастапқы және ақырғы температуралар, °С; Р0 — температура t0 кезіндегі қысым.

2 сурет – Манометрлік термометрдің принципиалдық сұлбасы. Атмосфералық қысымның ауытқуы аспаптың көрсеткішіне әсер етпейді десе болғандай, өйткені термометрдің терможүйесінде салыстырмалы бастапқы қысым ұсталады. Қоршаған ортаның температурасының + 20 °С-дан ауытқуы капиллярлық құбыршаның температурасының өзгеруіне әкеледі, Осыған байланысты өлшеу кезінде қателік пайда болады, ол термобаллон көлемінің артуы есебінен төмендей алады. Дегенмен, көлемнің аса артып кетуі бүкіл аспаптың инерциялығының

ұлғаюына келтіреді, бұл кемшілік болып табылады. Бұл термобаллон қабырғасы мен оны толтыратын газдың арасындағы жылуалмасу коэффициентінің төмендігімен және газдың өзінің төменгі жылуөткізгіштігімен шартталады. ТДЖ-П, ТДЖ-Э, ТПЖ-4 типті сұйықтық манометрлік термометрлер, органикалық полиметилсилаксонды сұйықпен ПМС-5 толтырылады. Бұл термометрлердегі өлшеу шектері — 50-ден +300 °С дейін құрайды. Термометрдегі сұйық үшін қысымның температурадан тәуелді өзгеруі мына теңдеумен көрсетіледі: ΔР=Δtβ/μ (9) мұндағы ΔР — қысымның өзгерісі, Па; β — сұйықтың көлемдік кеңею коэффициенті, 1/°С; μ — сұйықтың сығылу коэффициенті, м2/Н; Δt — температураның өзгерісі, °С. Сұйық қайнап кетпеуі үшін, термометрде 1,5 — 2 МПа шамасында бастапқы қысым жасалады. Сұйықтық манометрлік термометрлердің инерциялығы газдыққа қарағанда төмен, ол сұйықтың жоғары жылуөткізгіштігіне байланысты. Дегенмен, қоршаған ортаның температурасының ауытқуынан туатын қателіктер сұйықтық термометрлерде газдыққа қарағанда үлкен және келтірілген теңдеулермен анықталады. ТПП-СК, ТКП-60 СГ, ТСМ, ТПП 2-В типтердегі конденсациялық манометрлік термометрлердің термобаллондарының үштен екі көлемі төмен қайнайтын сұйықтармен толтырылады (фреон, хлорлы метил, ацетон). Өлшеу шектері — 25-тен +300 °С дейін құрайды. Тұйықталған терможүйеде бірмезгілде булануда, конденсатталуда процестері өтеді. Температураның жоғарылауымен қаныққан будың серпімділігі жоғарылайды және өлшенетін температураға сәйкес келетін белгілі бір қысым орнығады. Барлық манометрлік термометрлердің артықшылығына конструкциясының және қолданылуының қарапайымдылығын, температураны дистанционды өлшеу мүмкіндігін, көрсеткіштердің автоматты жазылуын жатқызуға болады. Қазіргі кезде көрсеткішті ұзақ қашықтыққа беретін манометрлік термометрлер дайындалуда, бұл кезде өлшенетін температура сәйкестендірілген электрлік немесе пневматикалық сигналдарға түрленеді. Манометрлік термометрлердің кемшіліктеріне жататындар: өлшеу дәлдігінің жоғары болмауы (негізгі қателік, капиллярлық құбырша ұзындығына тәуелді 1,0 — 2,5 % құрайды) және өлшеуші терможүйені жөндеу кезіндегі қиындық.

№ 4 дәріс. Кедергілік электрлік термометрлер, автоматты теңестірілген көпірлер. Кедергілік электрлік термометрлері температураға тәуелді өзінің өткізгіштігін өзгертеді. Температура мен кедергі арасындағы байланысты біле отырып, бақыланатын ортаның температурасын анықтауға болады. Мұндай термометрлер температураны жоғары дәлдікте өлшеуге (0,2 °С дейін) және көрсеткішті алыс қашықтыққа беруге мүмкіндік береді. Оларды орталықтандырылған бақылау жүйелерінде қолдануға болады: бұл кезде бір өлшеуші аспапқа кезекпе-кезек бірнеше ондаған термометрлер қосылады.

Өнеркәсіптік кедергілік термометрлердің сезімталдық элементтері платинадан (Pt) немесе мыстан (Cu) жасалады. Платина химиялық тұрғыда инертті және таза күйде жеңіл алынады. Оның меншікті кедергісі 0 °С кезінде 0,1 Ом мм2/м тең. Платинаның кедергісі заң бойынша 0-ден +650 °С дейін келесідей өзгереді: Rt=Ro(1 + At + B t2), (10) ал —200-ден 0 °С дейінгі шектерде: Rt=Ro[1+ At + Bt2 + Ct3 (t — 100)], (11) мұндағы Rt және R0 — t және °С температуралар кезіндегі платинаның кедергісі; А, В, С — тұрақты коэффициенттер: А = 3,96847x10 -3 1/°С; B=5,847x10-7 1/°С2; С = - 4,22x10 -12 1/°С4. Платинаның тазалығы 100 және О °С кезіндегі кедергілер қатынасымен сипатталады. Техникалық термометрлер дайындауға арналған платина үшін, R100/R0 = 1,391. Мыс кедергілік термометрлерін дайындауға арналған материал ретінде, арзандығымен және таза түрде жеңіл алынуымен ерекшеленеді.

Кедергілі термометрлер конструкциясы 3 суретте кескінделген. Платиналы термометрдің сезімталды элементі 1 керамикалық қаңқаға оралған диаметрі 0,07 мм платина сымды көрсетеді. Сымның ұштары үшжелілі кабельге қосылған шығыстарға пісіріп жапсырылған. Мыс термометрінің сезімталдық элементі керамикалық цилиндрге бірнеше қабатты оралған және жез құбыршаға орналасқан, диаметрі 0,1 мм мыс сымды көрсетеді. Сезімталды элементтің орамасы құбыршадан оқшаулаушы қабықшамен оқшауланған.

3 Сурет - Кедергілік термометрдің конструкциясы: 1 — сезімтал элемент; 2 — қорғаушы арматура (болат құбыр); 3 — штуцер; 4 — қақпақша

Екі термометрде де сезімталды элементтері керамикалық ұнтақпен жабылып, арнайы сыламамен тығыздалады. Кабельдің арнайы қаптамасы термометр ішіне суды өткізбейді. Инерциялық термометр 9, 20 және 30 с құрайды, ол орындалу жағдайына байланысты. Қазіргі уақытта —200-ден +650 °С дейін өлшеуге арналған кедергілі платиналық термометрлер (ТСП) және —50-ден +180°С дейін өлшеуге арналған мысты кедергілі термометрлер (ТСМ) сериялы шығарылады.

Кедергілі жартылай өткізгішті термометрлер термисторлар деп, немесе терморезисторлар деп аталады, олар – 90-нан + 180 °С дейінгі температураларды өлшеуге арналған. Термисторлардың мыстың, марганецтің магнидің, никелдің, кобальттың және басқа металдардың тотықтарынан дайындалатын сезімтал элементтері, шағын цилиндрлер, дисктер немесе шариктер формасында болады (4 сурет). Термистордың кедергісі RT келесі заң бойынша температураға тәуелді өзгереді: RT=Аехр(В/Т) (12) немесе ln RT = ln A + (B/T), (13) мұндағы Т — температура, К; А және В — жартылай өткізгіштің физикалық қасиеттеріне тәуелді тұрақтылар (бірдей типтегі сезімтал элементтер үшін де бірдей емес). А және В тұрақтылары теңдеуден (13) табылады, Т1 және Т2 температураларына сәйкес R1 және R2 кедергілерінің екі мәнінін алмастыру арқылы: В=(Т1хТ2/Т2-Т1)ln(R1/R2) (14)А=R1exp(-В/Т1) (15)

4 сурет – Термисторлар конструкциясы: а —стержень типті термистор; б — моншақ типті термистор; 1— сезгіш элемент; 2 — жанасу қалпақтары; 3 — шығыстар; 4 — металл фольга; 5 — қаптама; 6 — шыны изолятор; 7 — электродтар

Стандартты термисторлардың бірінің RT = f1(t) тәуелділігі 5 суретте кескінделген.

5 сурет – Термистор сипаттамасы.

Термисторлар екі типке бөлінеді: кобальтты-марганецті (КМТ) және мысты-марганецті (ММТ). Әрбір термистор жеке градуирленеді. Ұзақ уақыт жұмыс істегенде, температураның жоғарғы шегінде оның кедергісі өзгереді: көрсеткіш тұрақсыздығы 200 сағат жұмыстан соң бағаланады. Термисторлар көбінесе сигнал беру үшін қолданылады, өйткені жоғары сезімталдықты және аз мөлшерлі. Кедергі термометрлерімен бірге теңестірілмеген, теңестірілген көпірлер мен логометрлер қолданылады. Дәлдігі жоғары болмайтын теңестірілмеген көпірлер салыстырмалы аз қолданылады. Көбінде зертханалық және автоматты болып бөлінетін, теңестірілген көпірлер қолданылады. Логометрлер соңғы жылдарда тіпті қолданылмайды, өйткені қазір дәлдік кластары жоғары автоматты электрондық көпірлер пайда болды. Тұрақты токтың теңестірілген көпірлерінің сұлбасы 20 суретте кескінделген. Ол тұрақты резисторлардан R1 және R3, реохордтан R2 және кедергі термометрінен Rt құрылған.

6 Сурет. Кедергілі термометрлі теңестірілген көпірдің сұлбасы

Екі қосылысатын сызықтың 2 кедергісі Rл термометрдің кедергісіне Rt қосылады. Көпірдің BD қорегінің диагоналына тұрақты токтің сыртқы көзі қосылған, өлшенетін диагоналға АС — нөл-аспап НП. Өлшеу тепе-теңдік режимде салыстыру әдісімен жүргізіледі. Сұлбадағы тепе-теңдік, реохордтың R2 қозғалтқышын өлшенетін диагоналдағы АС ток нөлге теңескеніне дейінгі кезеңге дейін жылжытылуымен жүргізіледі. Онда көпірдің қарама-қарсы иықтарындағы кедергілердің көбейтіндісі өзара тең, яғни R1(Rt+2Rл)=R2R3 (16) демек: Rt=R2(R3/R1)-2 Rл (17) Егер R3 = R1 таңдалса, онда Rt=R2-2Rл (18) Өрнектің (16) оң жағындағы мүше 2 Rл жалпы жағдайда өзгере алады, өйткені қосылысатын сызықтар кедергісі қоршаған ортаның температурасының ауытқуына тәуелді. Егер осы кезде пайда болатын өлшеу қателіктері ұйғарынды шамадан артатын болса, онда термометрді қосудың үшсымды сұлбасы қолданылады. Бұл кезде қоректену көзінің минусы қосалқы үшінші сымның көмегімен тікелей кедергі термометріне қосылады Rt; бұл жағдайда көпірдің қоректену диагоналі D және В′ нүктелерімен анықталады. Бір қосылыстағы сызықтың кедергісі Rt кедергісіне қосылады, ал екіншісі – R2. Жәнеде көпірдің тепе-теңдік шарты келесі түрде жазылады: Rt+Rл=(R2+Rл)R3/R1 (19) R3 = R1 кезінде қосылысатын сызықтардың кедергісінің өзгеруі өлшеу нәтижесіне әсер етпейді. Егер қосылысатын сызықтардың кедергісі өзара тең болатын болса осының бәрі дұрыс болады,. Тәжірибеде осы шартты орындау үшін қосылысатын сызықтардың тізбегіне номиналдық кедергісі 2,5 Ом теңестіруші катушканы бірізді қосады. Бұл катушкалардың кедергісін өзгертумен қосылысатын сызықтардың кедергілерінің теңесуіне жетуге болады. Автоматты электрондық көпірлерде өлшеуші диагональға нөл-аспап орынына электрондық фазосезгішті күшейткіш іске қосылады, ал реохордтың қозғалыстағы контактісі, осы күшейткіштің шығысында іске қосылған реверсивті электрқозғалтқышпен қозғалтылады. 7 суретте КСМ-4 типті автоматты электронды теңестірілген көпірдің сұлбасы келтірілген (компенсатор - өздігінен жазатын көпірше).

Ол үш сымды сұлба көмегімен қосылған Rt кедергі термометрімен қосылып жұмыс істегенде, температураны үздіксіз өлшеуге, жазуға және реттеуге арналған. Көпірдің өлшеуші сұлбасының қоректенуі 6,3 В кернеулі ауыспалы токтың күштік трансформаторымен жүзеге асырылады. D және В шыңдарында есептелген кернеуді алу үшін коректену диагоналіне балласттық резистор Rб қосылады. Өлшеуші сұлба көпірінің иығына манганин сымынан жасалған үш тұрақты резисторлар R1, R2, R3 қосылған. Резисторлар Rп + rп және Rд+ rд өлшеудің сәйкесті төменгі және жоғарғы шектерін анықтайды; rп және rд осы кедергілерді есептелген мәнге дейін түзету үшін қызмет етеді. Реохорд Rр = 270 Ом диаметрі 0,15 мм палладий-вольфрам қортыпасы сымынан жасалған тура сызықты шиыршық түрінде орындалған. Реохорд қозғалтқышы көрсеткіш пен жазушы құрылғыны ұстайтын каретканы жүргізеді. Жазу синхронды қозғалтқышпен қозғалысқа келтірілетін, тікбұрышты диаграммалық қағазға жазылады. Егер термометр температурасы Rt өзгермесе, онда көпірлі өлшеуші сұлба тепе-теңідікте болады, яғни А және С нүктелері арасындағы потенциалдар айырмасы нөлге тең, электрондық күшейткішке ЭУ сигнал түспейді, реохорд қозғалтқышы Rр қозғалмайды, ал аспаптың тілі температураның өлшенетін мәнін көрсетеді. Температура өзгерген кезде, термометрдің кедергісіде Rt өзгереді. Бұл кезде А және С нүктелері арасында көпір диагоналінде амплитуда мен фаза алдыңғы мәндерден температура шамасы мен бағытының ауытқуы тәуелді болатын, өнеркәсіптік жиіліктегі ауыспалы ток кернеуі пайда болады.

Аспаптың көрсетуінің дәлдігіне байланысатын желілердің кедергісін ұқыпты таңдау өте әсер етеді. Осы мақсатта түзету кедергісі Ry қызмет етеді. Аспапты градуирлеу кезінде 2,5 Ом тең, бұл түзету кедергісі байланысатын желілерге қосылады. Содан соң байланыс сымдарының кедергісі өлшенеді, және осы шамаға түзету кедергісі төмендетіледі.

№ 5 дәріс. Термоэлектрлік термометрлер. Сәулелену пирометрлері. Термоэлектрлік термометр деп қорғаушы арматурамен қамтамасыздандырылған терможұп аталады. Әртекті термоэлектродтан Х және У тұратын, тұйықталған электр тізбегі (8 сурет) терможұпты түзейді, оның t температуралы қосылығы ыстық немесе жұмысшы деп, ал t0 температуралы қосылығы суық немесе еркін деп аталады. Терможұптың Әрекет ету принципі Томсон мен Зеебек эффектілеріне негізделген және электрондық өткізгіштігі бар өткізгіш өзінің ұзындығы бойынша қызғанда, оның қызған шетінде еркін электрондар концентрациясының жоғарылауымен және оның суық шетіне диффундирленуімен қорытындыланады. Бұл кезде ыстық шеті оң зарядталады, ал суық шеті теріс. Егер тұйықталған тізбек екі әртүрлі өткізгіштерден Х және У тұрса, онда Томсон т.э.д.с. мұндай тізбекте әрбір өткізгіште пайда болатын т.э.д.с. айырымына тең және t0 мен t қосылықтарының температурасына тәуелді болады. Зеебек эффектісі, ол жерде концентрациясы үлкен болатын, потенциалдардың жанасу айырымдары пайда болатын әртүрлі өткізгіштердің Х және У қосылықтарында байқалады.

Томсон мен Зеебек эффектілеріне негізделген, жалпы т.э.д.с., t0 және t температураларының функциясы болып табылады және Х пен У өткізгіштіктерінің физикалық табиғатына тәуелді. Ол терможұптың контурын айналып өту кезінде сағат тіліне қарсы келесідей жазыла алады: Еху(t0t)=еху(t)+еух(t0) (20) мұндағы Еху(t0 t) – терможұптың жалпы т.э.д.с.; еху(t) және еух(t0) – Томсон мен Зеебек эффектілерінен шығатын т.э.д.с. Сәулелену пирометрлері Қыздырылған денелерден жылу ағыны, толқындардың әртүрлі ұзындығында (0,3-тен 10 мкм дейін және одан аса) элементерлы сәулеленудің (монохроматикалық) жиынтығымен түзіледі. Бұған, адам көзіне көрінетін толқын ұзындықтарының диапозоны 0,4-ден 0,76 мкм дейін және жылулық сәулелену энергиясының ең үлкен үлесі келетін, көрінбейтін инфрақызыл аймақ кіреді. Қыздырылған дененің сәулелену энергиясын өлшей отырып, оның температурасын анықтауға болады. Барынша толық зерттелген жылулық сәулелену абсолютті қара дененікі, ол толқынның барлық ұзындығы және жартылай сфералық кеңістіктің барлық бағыттары бойынша интегралды (толық) сәулелі арын W° деп аталады. Дене беттігінің бір бірлігінің сәулеленуін df интегралды жартылай сфералық сәулелену немесе сәуле шашу қабілеттілігі деп атайды: Е° = dW°/df. Онда сәулелі ағын келесі интегралға тең болады: W° = ∫ Е° df. Егер Е° беттіктің барлық нүктесінде бірдей болса, онда W°= E°f. Толқынның ұзындығының λ-дан λ +dλ дейінгі интервалына келтірілген сәулелену ағыны монохроматикалық (біртекті) сәулелену арыны Wλ деп аталады. Соған сәйкес монохроматикалық сәулелену тығыздығы толқынның таралу интервалында Еλ° = dWλ°/df тең.

Монохроматикалық сәулелену тығыздығының dЕλ° толқын ұзындығының интервалы шамасына dλ қатынасы сәулеленудің монохроматиялық немесе спектралдық қарқындылығы Jλ° = dЕλ°/dλ деп аталады. Сәулелену қарқындылығының температураға тәуелділігі Jλ, Планк теңдеуімен сипатталады: Jλ°=С1λ-5(ес2/λТ-1)-1 (21) мұндағы λ — толқын ұзындығы, м; Т — температура, К; С1= 0,374х10-15 Вт/м и С2 = 1,438х10-2 мК — Планк тұрақтылары. Қарапайым түрде бұл тәуелділік Вин теңдеуімен өрнектеледі: Jλ°=С1λ-5ес2/λТ (22) Егер Планк теңдеуін λ бойынша дифференциалдасақ және бірінші туындыны нөлге теңестірсек, онда сәулеленудің қарқындылығының максимумы келесі мәнге сәйкес болатынын көреміз λмахТ=2,898х10-3мК (23) Бұл теңдеу Виннің ығысу заңы деп аталады. Толқынның барлық ұзындығы бойынша қарқындылықтың интегралы, сәулеленудің толық қуаты деп аталатын, Е° интегралды жартылай сфералы сәулелену тығыздығын береді (Стефан—Больцман заңы): λ=∞ λ=∞ Е°=∫Jλdλ=С1∫λ-5(ес2/λТ-1)dλ (24) λ=0 λ=0 Интегралдаудан соң табамыз: Е°=σТ4 (25) немесе Е°=С0(Т/100)4 (26) мұнда С0 — 5,67 Вт • м -2К-4 — абсолютті қара дененің сәулелену коэффициенті. Жоғарыда қарастырылған барлық заңдар абсолютті қара дене үшін белгіленген. Тәжірибеде сұр дене деп аталатын нақты денелердің температуралары өлшенеді, олардың толқынның барлық ұзындығындағы сәулеленуі абсолютті қара дененің сәулеленуінен төмен. Сұр дененің сәулелену қарқындылығы Jλ мен абсолютті қара дененің сәулелену қарқындылығының Jλ° бірдей температуралар кезіндегі қатынасы қараланудың монохроматикалық дәрежесі ελ деп аталады. Осыған ұқсаса, сұр дене Е мен абсолютті қара дененің Е° сәулеленуінің толық қуатының қатынасы қаралану дәрежесі деп аталады е. Қыздырылған денелердің температурасын анықтау үшін келесі әдістерді қолданады: 1. Бөлшекті сәулеленетін оптикалық және фотоэлектрлік пирометрлер көмегімен монохроматикалық сәулеленудің қарқындылығын өлшеу. Дененің сәулеленуінің толық спектрінен арнайы жарықсүзгіш көмегімен, берілген толқын ұзындығы бар λ +Δλ тар интервал таңдалып алынады. Осы интервалдағы сәулелену қарқындылығы дененің

температурасының мөлшері болады және тікелей эталондық көз қарқындылығымен салыстыру жолымен анықталады. Бөлшекті сәулелену пирометрлері абсолютті қара дененің сәулеленуі бойынша градустеледі. Дегенмен нақты денелердің сәулелену қарқындылығы Jλ барлық уақытта абсолютті қара дененікінен төмен болады (ελ < 1). Қараланудың монохроматикалық дәрежесі ελ бір материал үшін құрамындағы қоспалардың мөлшеріне, дене бетінің күйіне, оның кедірбұдырлық дәрежесіне, температурасы мен басқара факторларға тәуелді өзгере алады. Мысал үшін, төменде металлургия өндірісінің кейбір материалдары үшін ελ (λ = 0,65 мкм) келтірілген: Вольфрам (қатты) ........... 0,43 Мыс: қатты ........... 0,1 сұйық ......... 0,15 тотыққан. ... 0,6—0,8 Никель: қатты ......... 0.36 сұйық........... 0,37 тотыққан...... 0,96 Алюминий (тотыққан)....... 0,22—0,40 Қождар (сұйық)...... 0,53—0,9 Шамот (қатты)........ 0,7—0,8 Болат (сұйық)........ 0,37 Шойын (сұйық): тотыққан ...... 0,70 тотықпаған . … 0,40 Шаманың ελ тұрақсыздығы, әсіресе балқыған металдар, балқымалар мен қождар үшін, бөлшекті сәулелену пирометрлерімен температураны өлшеу кезінде мәнді қателіктердің пайда болуының негізгі себептерінің бірі болып табылады. Нақты сұр денелердің температураларын, абсолютті қара дененің сәулеленуі бойынша градустелген, бөлшекті сәулелену пирометрлерімен өлшеу кезінде нағыз температура Т анықталмайды, ал жарықтық температурасы деп аталатын Тж, көрінетін температура анықталады, ол барлық уақытта нағыз температурадан төмен. Демек, жарықтық температурасы Тж, абсолютті қара дененің температурасы болып табылады, оның сәулелену қарқындылығы нағыз температура Т кезіндегі нақты денелердің сәулелену қарқындылығына тең болады. Осыны ескере отырып, Вин заңына сәйкес келесі теңдеуді аламыз: ελ=С1λ-5е-с2/λ=С1λ-5е-с2/λТя (27) Осыдан логарифмдеуден соң жарықтық және нақты температуралар арасындағы байланысты мына түрде табамыз 1/Тя-1/Т=λ/С2ln1/ελ (28) Теңдеуден Тя шамасы бойынша нағыз температура Т анықталады, бұл кезде λ мен ελ нақты мәндері ескеріледі. λ шамасы түстіфильтр түсімен

анықталады. Монохроматикалық қаралану дәрежесі ελ анықтамалар бойынша табылады. 2. Сәулеленудің толық қуатын радиациялық пирометрлермен көмегімен өлшеу — толық сәулелену пирометрлерімен Толық сәулелену пирометрлерінің градустелуіде абсолютті қара дененің сәулеленуі бойынша жүргізіледі, ал онымен өлшенетін нақты дененің температурасы радиационной Tр.деп аталады. Бұл температура кезінде абсолютті қара дененің сәулеленуінің толық қуаты нақты дененің нағыз температура Т кезіндегі сәулеленуінің толық қуатына тең болады немесе Стефан – Больцман заңына сәйкес келесідей түрде жазылады: σТр4=εσТ4 (29) мұндағы σ — Больцман тұрақтысы. Осыдан келесі теңдеуді табамыз: Т=Тp4√l/ε (30) Радиациялық температура Тр барлық уақытта нағыз температурадан кем, өйткені қаралану дәрежесі ε<1. ε мәндері анықтамаларда келтіріледі. Радиациялық пирометр энергияны сәулеленудің барлық спектрінде қабылдайтын болғандықтан, оның көрсеткіштеріне ауадағы шаң мен күйе ықпал етеді, сонымен қатар инфрақызыл аймақта сіңіру жолақтары жеткілікті қарқынды болатын, көмірқышқыл газ мен су булары да ықпал етеді. Бөлшекті сәулелену пирометрлерінің көрсеткіштеріне бұл газдар оптикалық мөлдір ретінде ықпал етпейді. 3. Түсті пирометрлер көмегімен екі толқын ұзындықтары λ 1 және λ 2 кезінде монохроматиялық сәулеленудің қарқындылықтарының қатынасын өлшеу. Өлшеудің бұл әдісі Вин заңы бойынша температураның жоғарылауы кезінде спектрде энергияның максимум таралуы барынша қысқа толқындар жағына қарай ығысатынына негізделген. Сәулеленетін энергияның максимумына сәйкес келетін, толқын ұзындығының λмах температураға тәуелділігі Виннің ығысу заңымен анықталады. Толқын ұзындықтары λ 1 және λ 2 спетрдің қызыл және көк немесе қызыл және жасыл аймақтарында таңдалады. Осындай жолмен өлшенген температура, түсті температура Тт деп аталады. Ол Вин теңдеуінен жеңіл табылатын, нағыз температурамен байланысты қатынас арқылы анықталады: 1/Т-1/Тц=(lnελ1/ελ2)/С2(1/λ2 -1/λ1) (31) мұндағы ελ1 және ελ2 — λ 1 және λ 2 толқын ұзындықтары үшін дененің қаралығының монохроматикалық дәрежесі. Келтірілген өрнектерден, қаралануының монохроматикалық дәрежесі толқын ұзындығына тәуелді болмайтын, нақты денелер үшін температуралар Тц және Т сәйкес келетіні шығады. Қыздырылған денелердің жылулық сәулеленуі бойынша температурасын жанамасыз өлшеудің әртүрлі әдістерін салыстыра отырып, келесі белгілерді жасауға болады: - жарықтық және радияциялық өлшеулерге негізделген әдістер жалпы кемшіліктерге ие, ол нақты денелердің қаралануы дәрежесі бірден едәуір

айырмашылықта болған кезде үлкен қателіктердің пайда болу мүмкіндігімен байланысты; - температураларды түсті пирометрлермен өлшеу кезінде қате минимумға дейін төмендейді, өйткені қараланудың монохроматикалық дәрежелерінің қатынасы толқындардың әртүрлі ұзындықтарында сәулелену көзінің күйіне аз тәуелді болады. № 7 дәріс. Оптикалық және фотоэлектрлік пирометрлер. Оптикалық және фотоэлектрлік пирометрлердің әрекет ету принципі қыздырылған дененің монохроматикалық сәулеленуінің қарқындылығы мен қыздыру шамының эталонды пирометриялық сәулеленуін салыстыруға негізделген. ОППИР-017 және «Проминь» типті оптикалық пирометрлерде қарқындылықты салыстыру бақылаушы көзімен жүргізіледі, ал ФЭП типті фотоэлектрлік пирометрлерде фотоэлементтер көмегімен жүргізіледі. Жарықтық температураны анықтау кезінде монохроматикалық сәулеленуді алу үшін, Планк пен Виннің заңдарына сәйкес өткізудің жіңішке спектралдық жолағы бар шынылы жарықсүзгіштер қолданылады. Оған қолданылатын шыны қалыңдығы 2 мм КС-15 типті қызыл шыны болады. Бұл жарықсүзгіш толқын ұзындығы 0,63-0,68 мкм сәулені өткізеді. ОППИР-017 типті оптикалық пирометрдің принципиалды сұлбасы 9 суретте келтірілген.

9 сурет. Оптикалық пирометр ОППИР-017 сұлбасы. 1 - объектив, 4 - окуляр, 5 - қызыл жарықсүзгіш, 3 - пирометрлік шам, 2 - көргіш құбырша, 6 - реостаттан 6, жарықсүзгішті қараңғылатқыштан 7, өлшеуіш аспаптан 8 (милливольтметрден) және ток көзінен 9 тұрады.

Объектив пен окуляр көмегімен объект фонындағы шоқтану жібінің айқын көрінісін алады. Содан соң, пиромеирлік шамдағы ток күшін өзгерте отырып, объекттің сәулелену қарқындылығымен шоқтану жібінің сәйкес келуін жүзеге асырады, объект фонынан жіп «жоғалған» сияқты. Бұл кезде қызыл жарықсүзгіш міндетті түрде көзге түсетіндей болуы керек. Температураны өлшеу градусталған милливольтметр шкаласы бойынша жүргізіледі. Пирометр ОППИР-017 модификациясына байланысты өлшенетін температуралардың үш диапазонында болады: 800—2000°С келесі диапазондарға бөлінген 800—1400, 1200—2000°С; 1200—3200°С келесі диапазондарға бөлінген 1200—2000, 1800—3200 °С; 1500—6000 °С келесі диапазондарға бөлінген 1500—2500 және 2200—6000 °С.

Абсолютті қара дененің температурасын өлшеу кезіндегі негізгі ұйғарынды қателік 1,5 % жуық болады. Кіші диапазоннан үлкеніне өту көзге көрінер жерге қараңғылағыш жарықсүзгішті енгізу жолымен жүзеге асады, ол сәулелену энергиясының бір бөлігін жұтады және шоқтану шамының вольфрамды жібінің 1400 °С жоғары, қатты қызуын болдырмайды, бұл температурада оның сипаттамаларының өзгеруі жүреді. Температуралардың 1800°С жоғары болған кездегі өлшеуі кезінде қараңғылағыш жарықсүзгіштің орынына объективке үлкен тығыздықты жұтатын сүзгішті арнайы құрылғы қолданылады. ОППИР-017 кернеуі 2-2,6 В тұрақты токтен қоректенеді. «Проминь» типті оптикалық пирометрдің сұлбасы 10 суретте келтірілген. Өлшеуші сұлба 6 В коректену кернеуімен тұрақты токтың теңестірілген көпірі түрінде орындалған, оның бір иығына Л пирометрлік шам қосылған. Көпірдің өлшеуші диагоналіне нөл-аспап қосылған. Температураны өлшеу кезінде көпірге кернеу беріледі. Содан соң R реостат көмегімен шамның қызған жібі объект фонымен бірдей болуы жүзеге асырылады. R реостатымен бірмезгілде онымен механикалық байланысқан, реохорд ползуногі Rр орын алмастырады, яғни жіптің жоғалу кезеңінде көпір тепетеңдік күйге жеткілікті жақын болады. Көпірдің толық теңесуі К1 түймесін басқаннан соң жүзеге асырылады, ол НП нөл-аспабын өлшеуші диагоналға қосады және реостат R пен реохорд R р арасындағы механикалық байланысты өзеді. Содан соң реостат тұтқасымен нөл-аспап нөлдік белгіге орнықтырылады. Температураны есептеу пирометрдің үш шкаласының бірімен жүргізіледі: 800—1400; 1200— 2000; 1800—5000 °С. Бір шкаладан екіншісіне өту екі қараңғылаушы сүзгі көмегімен жүзеге асырылады. R 10 сурет - «Проминь» типті оптикалық пирометрдің сұлбасы: 1 — шкала; 2 — қозғалыссыз көрсеткіш; 3 —реостат тұтқасы.

Негізгі ұйғарынды қателігі, ОППИР-017 аспабындағы сияқты, 1,5 % құрайды. ОППИР-017 және «Проминь» оптикалық пирометрлерінде сезгіш элемент болып адамның көзі табылады, бұл температураның автоматты жазылуын болдырмайды және оны автоматты реттеу жүйелерінде қолдану мүмкіндігі болмайды. Бұл кемшілік фотоэлектрлік пирометрлерде болмайды, оларда фотоэлементте пайда болатын фототок, жарық ағынына пропорционал болады. ФЭП-4 типті фотоэлектрлік пирометрлер температураны 500-ден 4000 0С дейін өлшеу үшін қолданылады. 800 °С төменгі температуны өлшеу үшін пирометрлерге ЦВ-3 оттегілі-цезилі фотоэлементтер орнықтырылады, олар толқын ұзындығы 0,4-тен 1,2 мкм дейінгі сәулелерге сезімталды болады. Толқынның тиімді ұзындығы 0,9—1,2 мкм шегінде болады, сондықтан бұл аспаптардың көрсеткіштері оптикалық пирометрлер көрсеткішінен біршама айырмашылықты болады. Өлшеудің төменгі шегі 800 °С және одан жоғары фотоэлектрлік пирометрлерде СЦВ-51 типті вакуумдықе сурьмалі-цезилі фотоэлементтер қолданылады, олар тек қана толқын ұзындығы 0,72 мкм аспайтын спектрдің көрінетін бөлігінің сәулелеріне сезімталды болады. Қызыл жарықсүзгімен ұштастырылғанда, фотоэлемент 0,6-дан 0,72 мкм дейінгі толқын ұзындығы болатын сәулелерге әсерленеді. Толқынның тиімді ұзындығы 0,65 мкм тең, бұл оптикалық пирометрлердікі сияқты. Бұл фотоэлектрлік және оптикалық пирометрлердің өлшеу нәтижелерін салыстыруға мүмкіндік береді.

№ 8 дәріс. Түсті және радиациялық пирометрлер. Түсті пирометрлер. Түсті пирометрлерде алдын-ала таңдалған толқынның екі ұзындығы үшін λ 1 және λ 2, қыздырылған дененің сәулелену қарқындылығының қатынасы анықталады. Бұл қатынас әрбір температура үшін әртүрлі және оның өлшенуі үшін қолданыла алады. Көптеген жағдайларда нақты физикалық денелерде қараланудың монохроматикалық дәрежесінің мәні ελ, тәжірибе жүзінде толқынның барлық ұзындығы үшін бірдей және J=f(λ) қисығс әртүрлі температураларда абсолютті қара дене үшін осындай қисықтарға ұқсаған, сондықтан сәулеленудің толық болмауына түзетулер талап етілмейді, бұл түсті пирометрдің басты артықшылығы. Көптеген автоматты түсті пирометрлерде спектрдің екі бөлімшесіндегі, қызыл және көк, сәулелену қарқындылығының қатынасының логарифмі өлшенеді. Түсті пирометрдің блок-сұлбасы 5 суретте кескінделген. Қыздырылған денеден 1 сәулелену оптикалық жүйенің көмегімен фотоэлементке 2 бағытталады. Объектив фокусінде диск түріндегі обтюратор орнатылған, ол қозғалтқышпен синхронды түрде жиілігі 5 Гц айналады. Дисктің екі саңылауы бар, оларда қызыл және көк жарықсүзгіштер орналастырылған. Обтюратордың айналуы кезінде фотоэлементке кезекпекезек толқын ұзындығының тиімді біресе қызыл біресе көк сәулесі түседі. Сіңіру шынысы, обтюраторда орналастырылған, берілген шектерде фотоэлементтің жарықтану шамасын қамтамасыздандырады. Жарықтық импульстар ықпалымен фотоэлементтің күшті резисторында кернеу импульстары пайда болады, олар спектрдің қызыл және көк бөлімшелеріндегі сәулелену қарқындылығына пропорционал. Бұл импульстар электронды күшейткішпен 3 күшейтіледі. Күшейткіштен шығарда электр сигналдары, экспоненциалдық импульстарды қалыптастыруға және спектрдің қызыл және көк бөлімшелеріндегі сәулелену қарқындылықтарының қатынастарының логарифмдерін өлшеуге арналған электронды құрылғасы бар, өлшеуші сұлбаға 4 түседі. Обтюратормен синхронды жұмыс істейтін, коммутатор көмегімен 5, қызыл және көк жарықсүзгіш арқылы сәулелену қарқындылықтарына сәйкес тікбұрышты импульстер, қарсы фазада сүзгішке 6 беріледі. Токтың тұрақты құрамдасы, оның шығысында импульстер айырмасымен анықталатын, автоматты электронды потенциометрмен 7 өлшенеді. Пирометр көрсеткіші сызықты түрде қыздырылған дененің түсті температурасының кері мәнімен байланысты.

Осылай, түсті пирометр көрінетін спектрдің екі толқын ұзындығы үшін монохроматикалық қарқындылықтың қатынасы бойынша түсті температураны өлшейді. Радиациялық пирометрлер. Радиациялық пирометрлер қыздырылған дененің температурасын интегралды сәулелену бойынша толқынның барлық ұзындығында 0-ден ∞ дейін өлшейді. Радиациялық пирометрдің сезімталды элементі ретінде термобатарея қолданылады. Жылу ағыны термобатареялардың терможұптың жұмысшы қосылықтарына бағытталады, ол жерде қыздыру дәрежесі бойынша сәуле шашқыштың температурасын анықтайды. Қыздырылған денеден термобатареяға сәулелерді шоғырландыру үшін рефракторлы пирометрлерде жинаушы линзаны – объективті, ал рефлекторлыда — иілген айнаны қолданады. Металлургияда кеңінен қолданылатыны рефракторлы типті радиациялық пирометрлер. Рефлекторлық пирометрлер температураның 20-дан 300°С дейінгі интервалында, сәулелену энергиясының максимумы ұзын толқындар жағына ығысқанда, температураны жанамасыз өлшеуде қолданылады. Суретте 12, а ең кең тараған радиациялық пирометр «Рапирдің» ТЕРА – 50 телескопы көрсетілген, олар 400—2500 °С шектердегі температураларды өлшеуге арналған. Алюминийден жасалған корпусында 1 объектив линзасы орналасқан 10, қорғаушы шынылы окуляр 6, термобатарея 4, диафрагма 9, мыс немесе никель катушка 3. Жылу ағыныобъектив линзасы және диафрагма 9 арқылы конус тәріздес камераға 8 түседі, ол жерде шағылған сәулелер сіңіріледі, оның ортасында жұлдық түрдегі термобатарея 4 орналастырылған, ол бірізді байланыстырылған хромель-копелді немесе нихром-константановты терможұптардан тұрады (12 сурет, б).