26) Системы передачи измерительной информации (спии). Назначение и виды: реостатная и пневматическая.

СПИИ предназначены для сбора ИИ с удаленных от наблюдателя объектов и передачи по КС. По виду энергии носителя ИИ, СПИИ делятся на: электрические , пневматические, гидравлические. ИИ в этих схемах передается в виде УФС. В ГСП приняты следующие СПИИ: пневматическая, электрическая токовая и эл. частотная. В практике применяются также СПИИ: реостатная , индуктивная, дифференциально-трансформаторная, ферродинамическая, сельсильная. Реостатная СПИИ имеет два реостатных преобразователя, образующих автоматический уравновешенный мост. Эта СПИИ имеет высокую точность и независимость показаний от изменения питания. Пневматическая СПИИ используется в отраслях, где в силу пожаро-взрывобезопасности нельзя использовать эл. сигнал. Ее дальность действия до 60 м. Она осуществляет преобразование технологического сигнала в пневматический УФС по схеме «сила-давление»(Класс т. 0,5-2,5). В качестве приемника ИИ используются пневматические вторичные приборы. Электрическая СПИИ с УФС постоянного тока используется там, где требуется повышенная помехоустойчивость. Источниками ИИ являются ПИП, построенные по схеме: «сила-ток», «перемещение-ток».

27) Электрические СППИ (токовые, дифференциально-трансформаторные) СПИИ предназначены для сбора ИИ с удаленных от наблюдателя объектов и передачи по КС. По виду энергии носителя ИИ, СПИИ делятся на: электрические , пневматические, гидравлические. Электрическая СПИИ с частотным УФС осуществляет преобразование измеряемого ТХП в частотный УФС по схеме: «сила-частота». Приемником ИИ служат цифровые приборы, ЭВМ. (Кл.точ.0,5; 10 км.). Диф.-трансф. СПИИ применяется для измерения неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в линейное перемещение плунжера индуктивного датчика. (Кл.точ. 1; до 250м). Они просты и надежны. Сельсильная СПИИ служит для передачи на расстояние больших угловых перемещений. В ней преобразование угловых перемещений в СПИИ осуществляется сельсинами-электрическими машинами переменного тока. СПИИ содержит сельсин-передатчик и сельсин-приемник, соединенные каналом связи. (до 3 км). Электрическая СПИИ с УФС постоянного тока используется там, где требуется повышенная помехоустойчивость. Источниками ИИ являются ПИП, построенные по схеме: «сила-ток», «перемещение-ток». Приемниками информации служат регуляторы, ИП и ВУ. Дальность действия до 20 км.

28) Частотная и сельсинная СПИИ. Системы передачи измерительной информации  Пневматическая система передачи измерительной информации  Электрические системы передачи измерительной информации с униф. токовым сигналом  Электрическая система передачи измерительной информации с униф. частотным сигналом  Дифференциально-трансформаторная система передачи измерительной информации  Сельсинная система передачи измерительной информации  Пневмоэлектрические и электропневматические преобразователи Для передачи сигналов первичных преобразователей в виде нескольких оборотов выходного элемента используются сельсинные передачи Электрическая СПИИ с частотным УФС осуществляет преобразование измеряемого ТХП в частотный УФС по схеме: «сила-частота». Приемником ИИ служат цифровые приборы, ЭВМ. (Кл.точ.0,5; 10 км.). Сельсильная СПИИ служит для передачи на расстояние больших угловых перемещений. В ней преобразование угловых перемещений в СПИИ осуществляется сельсинами-электрическими машинами переменного тока. СПИИ содержит сельсин-передатчик и сельсин-приемник, соединенные каналом связи. (до 3 км).

29) Надежность СВИ Метрологической надежностью называют способность СИ сохранять установленное значение метрологических характеристик в течение заданного времени при определенных режимах и условиях эксплуатации.Специфика проблемы метрологической надежности состоит в том, что для нее основное положение классической теории надежности о постоянстве во времени интенсивности отказов оказывается неправомерным. Надежность СИ характеризует его поведение с течением времени и является обобщенным понятием, включающим в себя стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Стабильность СИ — качественная характеристика, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик. Безотказность — свойство СИ непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени. Долговечность — это свойство СИ сохранять свое работоспособное состояние до наступления предельного состояния, когда его применение уже недопустимо. Ремонтопригодность — свойство СИ заключающееся в приспособленности в случае отказов к восстановлению путем технического обслуживания и ремонта. Сохраняемость — свойство СИ сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности не только в течение эксплуатации, но и после хранения и транспортирования.

30) Измерение температуры. Температурные шкалы Температура - степень нагретости вещества. Температура измеряется приборами, которые называются термометрами, в основу работы которых могут быть заложены различные физические принципы. Возможность измерения температуры такими приборами основывается на явлении теплового обмена телами с разной степенью нагретости и изменении их физических (термометрических) свойств при нагревании (охлаждении). Для количественного определения температуры необходимо выбрать ту или иную температурную шкалу. Температурные шкалы строятся на основе определенных физических свойств какого-либо вещества, которые не должны зависеть от посторонних факторов и должны быть точно и удобно замеряемыми. На самом деле не существует ни одного термометрического свойства для термометрических тел или веществ, которые бы полностью удовлетворяли указанным условиям во всем диапазоне измеряемых температур. Поэтому температурные шкалы определяются для различных температурных диапазонов, построенных на произвольном допущении линейной зависимости между свойством термометрического тела и температурой. Такие шкалы называются условными, а измеряемая по ним температура -условной. 4 К условной температурной шкале относится одна из распространенных шкал - шкала Цельсия. По этой шкале в качестве границ условного диапазона измерения приняты точки плавления льда и кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а одну сотую часть данной шкалы принято называть одним градусом Цельсия (\ С), | Однако, построение такой температурной шкалы с не пользованием жидкостных термометров может привести к ряду затруднений, связанных со свойствами используемых термометрических жидкостей. Например, показания ртутного и спиртового термометров, работающих на принципе расширения жидкости, будут различными при измерении одной и той же температуры в силу различных коэффициентов их объемного расширения.

31) Классификация СВИ температуры. Температура - это степень нагретости тела. СВИ температуры является термометр. Для измерения температуры Кельвиным создана абсолютная термодинамическая температурная шкала, не зависящая от термометрических свойств веществ/ используемых в термометре. СВИ температуры по тепловому электромагнитному излучению на­зываются пирометрами. СВИ температуры подразделяются на: термометры расширения/ термоэлектрические термометры/ - термометры сопротивления и пирометры. Принцип работы термометров расширения основан на изменении давления рабочего вещества при постоянном объеме при нагревании в манометрических термометрах /газовых/жидкостных и конденса­ционных/ или на тепловом расширении термометрической жидкости - в жидкостных стеклянных термометрах. Они просты, имеют высокую точ­ность/ низкую стоимость и перекрывают диапазон температур от ми­нус 200 - плюс 600^еС. К термометрам расширения относятся дилато­метрические /от -30* С до +1000 С/ и биметалические /от -30 С до .+300 С/ термометры/основанные на тепловом расширении твердых тел. Класс точности 1.5,2.5.Используются в системах сигнализации и блокировки. Термоэлектрические термометры /ТЭТ/работают на основе тер­моэлектрического эффекта -появление термоэдс/т.э.д.с./в цепи/ составленной из разнородных проводников/ при различии температу­ры мест их соединения. Их диапазон измерения температуры от -200° С до +2200 С. Они имеют достаточно высокую точность измерения .и возможность автоматизации измерений и непрерывного контроля за температурой. Могут выполняться как из благородных/ так и из неб­лагородных металлов. Основное требование к материалам/ служащим для их изготовления -линейная зависимость т.э.д.с. от температу­ры/ стабильность и воспроизводимость термоэлектрических свойств. Для измерения т.э.д.с. /температуры/ служат милливоль­тметры и автоматические потенциометры с классом точности от 0.2 до 1.5. Для исключения влияния температуры/измеряемого объекта на свободные концы ТЭТ;, используют удлиняющие термоэлектрические провода и осуществляют термостатирование свободных концов. Измерение температуры термопреобразователями сопротивления /ТПС/ основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Требования/ предъявляемые к материалам ТПС -стабильность градуировочной характеристики, ее воспроизводимость/ линейная зависимость сопротивления от температуры/высокий температурный коэффициент электрического сопротивления/ большое удельное сопротивление/ невысокая стоимость. Они позволяют измерять температуру в диапа­зоне от -260 С до +1100** С/для металлических ТПС/ и от -100°С до +300 С/для полупроводниковых ТПС/.В комплекте с ТПС используются уравновешенные и неуравновешенные мосты/ логометры и нормирующие преобразователи. Их класс точности лежит в диапазоне от 0.2^е Пирометры измеряют температуру излучения нагретых тел oт +300 С до +6000°С и выше Они бесконтактные и не искажают темпе­ратурное поле объекта измерения.В пирометрах используется в ос новном видимый и инфракрасный диапазоны излучения. Измерение температуры тел основано на законах Кирхгофа/ Планка ,и Стефана-Больцмаца для абсолютно черных тел /АЧТ/. Шкалу пирометра градуируют по излучению АЧТ/ а т.к. излучательная способность .реальных тел меньше чем у АЧТ/ то они дают условную температуру/ в этом их основной -недостаток. Пирометры могут измерять яркостную/ цветовую и радиационную температуры и соответственно этому подразделяются на: оптические /фотоэлектрические/, цветовые спектрального отношения/ и радиационные /полного или частичного излучения/. Их классы точности от 0/1 до 4.0. Пирометры доста­точно-чувствительны. Основное влияние на погрешность их измере­ния оказывает неопределенность коэффициента теплового излучения /коэффициента черноты/, а также влияние состояния среды между пирометром и объектом измерения. Наименьшее отклонение от дейс­твительной измеряемой температуры имеет цветовая/ а наиболь­шее-радиационная температура.

32) Термометры расширения: жидкостные и манометрические жидкостные термометры, действие которых основано на использовании теплового расширения жидкости; манометрические термометры, действие которых основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры;термоэлектрические термометры, действие которых основано на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы термопары (чувствительного элемента термоэлектрического термометра) от температуры;термометры сопротивления, действие которых основано на использовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры.К приборам, основанным нанеконтактном методе измерений, относят пирометры излучения. Это термометры, действие которых основано на использовании теплового излучения нагретых тел. Жидкостные термометры расширения. Жидкостные термометры расширения используют в основном как показывающие приборы местного действия в интервале температур от минус 190 до + 750 °C. По назначению термометры подразделяют на технические, лабораторные и образцовые. Для технических стеклянных термометров в качестве термометрической жидкости используют ртуть в диапазоне измерений от минус 30 до + 600 °С; спирт, толуол – от минус 130 до + 60 °С и другие органические жидкости.В зависимости от формы нижней части эти термометры подразделяются на прямые (тип А) и угловые (тип Б) с углом 90° или 135°.Основные достоинства этих термометров – простота, надежность, высокая точность измерения. Недостатки – невозможность ремонта, отсутствие автоматической записи и передачи показаний на расстояние. Манометрические термометры. Принцип действия манометрических термометров основан на изменении объема или давления среды в замкнутой системе в зависимости от температуры чувствительного элемента. В зависимости от вида среды, находящейся в замкнутой системе, манометрические термометры разделяются на:жидкостные (рабочее вещество – ртуть,кремнийорганическая или полиметилсилаксановая жидкость),газовые (наполнитель – азот или аргон), конденсационные (паровые), в которых используются низкокипящие жидкости – фреон, ацетон, этиловый спирт.Чувствительным элементом у них служит трубчатая (манометрическая) пружина, упругая деформация которой зависит от изменения объема (в жидкостных термометрах) или давления (в парожидкостных и газовых термометрах) рабочей среды в замкнутой системе под действием температуры. Рассмотрим принцип действия этих манометров на примере жидкостного манометра.

33) Термоэлектрические термометры . Физические основы, основные требования к термоэлектрические термометры. Термопара – два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры. Термоэлектрические преобразователи – устройства с металлическими термопарами в качестве термочувствительных элементов, предназначенные для измерения температуры от минус 270 до плюс 2500 °С.

Принцип действия термоэлектрических термометров основан на зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры. Термоэлектродвижущая сила (термоЭДС) возникает в цепи, составленной из двух разнородных проводников при неравенстве температур в местах соединения этих проводников. Если в цепи (рис. 6.5) температуры мест соединения проводников a и b будут одинаковы и равны t, то и разности потенциалов будут равны по значению, но иметь разные знаки, а суммарная термоЭДС и ток в цепи будут равны нулю, Если t ¹ t0, то суммарная термоЭДС не равна нулю

35) Методы измерения ТЭДС СВИ: милливольтметры, потоенциометры. 1. Вторичные приборы, работающие в комплекте с термопарами. Это милливольтметры, потенциометры, нормирующие преобразователи. Характеристика милливольтметров: чувствительность по току и чувствительность по напряжению: Чувствительность возрастёт, если включить последовательно с милливольтметром добавочное сопротивление. Класс точности 0.2; 0.5; 1. Потенциометры – основаны на компенсации термоЭДС падения напряжения, создаваемого током от дополнительного источника тока. НИ – нуль индикатор. Класс точности 5*10^-4. У автоматических есть (РД). При работе с термопарой необходимо учитывать поправку на температуру свободных концов. Термопара подключается к прибору с помощью термоэлектродных проводов. Они подбираются так, чтобы иметь характеристику аналогичную характеристике термопары в диапазоне от 0 до 100 ⁰С. Сигнал от термопары преобразовывается в унифицированный при помощи нормирующих преобразователей, для дальнейшего его использования в АСР.

36) поправки на температуру свободных концов. термоэлектродные провода. Термопары являются датчиками температуры и работают в комплекте с вторичными приборами: милливольтметрами и потенциометрами. Термопара представляет собой спай из двух разнородных металлических проводников (термоэлектродов), которые предназначены для измерения температуры в объекте.1 – «горячий» спай (рабочий); 2 - положительный термоэлектрод; 3 - отрицательный термоэлектрод; 4 - «холодные» концы (свободные); 5 – компенсационные провода. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте (эффект Зеебека). Он гласит: «В замкнутой цепи из двух разнородных металлических проводников возникает электрический ток, если два места соединения (спая) имеют разную температуру». Термо э.д.с. на концах термопары зависит от материала термоэлектродов и температуры «горячего» и «холодного» спаев. Для технических измерений применяют термопары из следующих материалов: 1. ТХК - термопара хромель – копель, пределы измерения от -50 ⁰С до +600 ⁰С (кратковременно 800 ⁰С); 2. ТХА - термопара хромель – алюмель, от -50 ⁰С до +1000 ⁰С (кратковременно 1300 ⁰С); 3. ТПП - термопара платинародий – платина от -20 ⁰С до +1300 ⁰С (кратковременно 1600 ⁰С); 4. ТПР - термопара платинародий - платинародий от (+300 ⁰С до +1600 ⁰С) (кратковременно+1800 ⁰С) 5. ТВР - термопара вольфрам – рений (до 2300 ⁰С) Гр. ХК; Гр. ХА; Гр. ПП; Гр. ПР _30/6 ; Гр. ВР _5/20. Положительным является электрод, материал которого стоит первым в градуировке, отрицательным - второй. Применение компенсационных проводов позволяет как бы удлиннить термопару и перенести ее свободные концы на вход вторичного прибора. Их изготавливают из материалов, которые развивают ту же термо э.д.с., что и сама термопара.

37) Термостатирование. Нормирующие преобразователи ТЭДС.  основу работы положен компенсационный метод измерения термоЭДС с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема преобразователя приведена на рис. 1. Здесь I - контур измерений; II - контур компенсации. Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У1 с токовым выходом I_вых, резистор R_ОС и термопару Е_АВ(t, t₀). Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободных концов ТЭП, а также компенсации начальной термоЭДС в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0°С. Корректирующий мост представляет собой электрический неравновесный мост с постоянными манганиновыми резисторами R₁, R₂, R₃ и медным резистором R_M. Диагональ ab питания моста подключена к стабилизированному источнику питания U_пит. Напряжение этого источника выбирается в зависимости от градуировки подключаемой термопары. Измерительная диагональ cd корректирующего моста включена в разрыв между электродом термопары и соединительным проводом. При температуре свободных концов ТЭП, а, следовательно, и резистора R_M расположенного рядом с концами удлинительных проводов, равной 0°С, мост находится в равновесии, т. е. напряжение в диагонали cd равно нулю. Если температура свободных концов, например, выросла и стала t₀', то сопротивление резистора R_M,, также вырастет, в результате чего в диагонали появится напряжение U_cd. Это возникшее напряжение компенсирует недостающую термоЭДС, т. е. U_cd =E_AB(t₀',t₀).

38) Погрешность при измерении температуры. Погрешности измерения температуры происходят чаще всего из-за влияния на датчики радиационного излучения в зонах интенсивного теплообмена, а также влияния теплопроводности вдоль чувствительного элемента. Погрешность измерения температуры в какой-либо точке стационарного температурного поля, равная разности между показанием термометра и температурой в той точке температурного поля, где производится ее измерение. Погрешность измерения температуры зависит в основном от точности измерения сопротивления платинового термометра, поскольку ошибка калибровки термометра во ВНИИМ пренебрежимо мала. Погрешности измерения температуры, вызванные неправильным присоединением измерительного устройства, чаще всего определяются влиянием лучистого теплообмена или отводом тепла теплопроводностью вдоль термометра. Погрешность измерения температуры в 0 05 С может быть достигнута только при калибровке измерительной системы, смонтированной на объекте измерения. Погрешности измерения температуры яркостными оптическими лирометрами обусловлены главным образом неточностью знания степени черноты объекта измерения еь; изменением коэффициента пропускания ослабляющего светофильтра при измерениях в помещениях, температура в которых заметно отличается от 293 К; Погрешности измерения температуры фотоэлектрическими пирометрами имеют те же причины, что и при измерении оптическими пирометрами. Погрешность измерения температуры с помощью ПТС обусловливается нестабильностью его сопротивления, погрешностью градуировки и погрешностью от перегрева измерительным током. Погрешности измерения температуры, вызванные неправильным присоединением измерительного устройства, чаще всего объясняются влиянием лучистого теплообмена или отводом тепла теплопроводностью вдоль чувствительного элемента. Погрешность измерения температуры при введении поправок на излучающую способность тела составляет 5 % максимального значения шкалы. Погрешность измерения температуры термометрами сопротивления определяется целым рядом факторов и может составить от 0 01 до 1 5 С.

39) Поверка ТЭТ. Образцовые СВИ температуры. Датчики температуры часто устанавливаются на объекты таким образом, что их демонтаж практически невозможен или вызывает большие трудности. В то же время необходимо иметь уверенность в точности их показаний. Для таких случаев разрабатываются методики контроля работоспособности датчиков в процессе их эксплуатации без демонтажа. Кроме того от периодической поверки иногда приходится отказываться по причине дороговизны самой поверки по сравнению со стоимостью датчика. В публикациях по этой теме и в проспектах фирм-производителей описаны несколько подходов в решению проблемы надежности датчиков температуры. 1) Проводится статистический анализ дрейфа характеристик датчиков конкретного типа при рабочих температурах, и устанавливается срок их эксплуатации, в течение которого точность находится в пределах заданных допусков с большой вероятностью. После истечения этого срока все датчики подлежат обязательной замене. 2) На объект устанавливается избыточное количество датчиков. Результат определяется либо по среднему арифметическому из их показаний либо разрабатывается более сложная схема анализа, включающая сравнение дрейфов датчиков и выявление датчиков, показывающих дрейф выше среднего. Распространенной моделью являются датчики с двумя и тремя чувствительными элементами в одном корпусе. 3) На объект устанавливаются датчики разных типов (например, термометры сопротивления и термопары). 4) Иногда каналы для размещения датчиков конструируются так, что предусматривается возможность ввода рядом с рабочим датчиком образцового термометра во время поверки и вывода его по окончании поверки. Методы бездемонтажной поверки важны на опасных объектах, таких, например, как активная зона реактора. К сожалению, никаких стандартов по методикам бездемонтажной проверки и контроля работоспособности датчиков нет.

40)Электрические термометры сопротивления (ТПС). Физические основы. Требования к ТПС, основные параметры. Термопреобразователи сопротивления предназначены для измерения температуры и разности температур путем погружения в жидкую, газообразную или сыпучую среду и могут применяться в теплоэнергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности. ТПС могут использоваться в составе теплосчетчиков, измерительных систем, автоматизированных систем управления технологическими процессами и т.д. Требования к квалификации поверителей. К проведению поверки допускаются лица, аттестованные в качестве поверителя, изучившие эксплуатационную документацию на

ТПС и средства их поверки, имеющие опыт поверки средств измерений температуры, а также прошедшие инструктаж по технике безопасности в установленном порядке.Требования безопасности При проведении поверки должны соблюдаться «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Межотраслевые правила по охране труда (Правила безопасности) при эксплуатации электроустановок», утвержденные Госэнергонадзором, и требования, установленные ГОСТ 12.2.007.0. Условия проведения поверки 1. При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия: температура окружающего воздуха от 15 до 30 С; относительная влажность окружающего воздуха от 30 до 80 %; атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа. При измерениях сопротивления ток должен быть таким, чтобы мощность не превышала 0,1 мВт. 2. Все применяемые средства измерений должны иметь действующие свидетельства или отметки о поверке.

42) Приборы, применяемые с ТПС: мосты, логометры. Вторичные приборы работающие в комплекте с термометрами сопротивления. Это уравновешенные, неуравновешенные мосты, лагометры, нормирующие преобразователи. Уравновешенные мосты бывают автоматические и неавтоматические. Используется нулевой метод измерения. R_t=R₁*R₃/R₂ => R_t= f(t) => t. Недостаток: при движении движка R₃ возникает R переходное. Достоинство: независимость от напряжения питания. Класс точности: 0.25-1. Неуравновешенные мосты не требуют уравновешивающего тока; нет нуль индикатора, а величина этого тока говорит о величине измеряемого сопротивления. Требует стабилизированный источник питания. Лагометры – магнитоэлектрическая система. Принцип действия прибора заключается в изменении угла поворота рамок в соответствии с изменением термосопротивления. Недостаток сильно сказывается изменение температуры окружающей среды. Погрешность 0,75%. Класс точности 0,5 –2,5. Нормирующие преобразователи служат для введения информации от термосопротивления в ЭВМ или САР и формируют на выходе сигнал постоянного тока от 0 до 5 мА (4 –20 мА). Класс точности 0.6-1.5.

44) Пирометры излучения. Основные понятия и физические законы теплового излучения. Принцип действия пирометра заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения. ирометры могут быть:  Односпектральными. Такие пирометры принимают излучения только в одном спектральном диапазоне. Односпектральные пирометры в свою очередь подразделяются на радиационные (мощность теплового излучения переводится в температуру) и яркостные (в диапазоне красного света измеряются яркости эталонного объекта и объекта измерения). В эту подгруппу входят пирометры полного излучения. Мультиспектральными. Также их называют цветовыми или пирометрами спектрального отношения. На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов: 1. пирометр суммарного излучения (ПСИ) – измеряется полная энергия излучения; 2. пирометр частичного излучения (ПЧИ) – измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участки спектра; 3. пирометры спектрального отношения (ПСО) – измеряется отношение энергии фиксированных участков спектра.Тепловое излучение представляет собой процесс распространения в пространстве внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Возбудителями этих волн являются материальные частицы, входящие в состав вещества. Для распространения электромагнитных волн не требуется материальной среды, в вакууме они распространяются со скоростью света и характеризуются длиной волны λ или частотой колебанийν. При температуре до 1500 ⁰С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (λ=0,7÷50 мкм).Следует отметить, что энергия излучения испускается не непрерывно, а в виде определенных порций — квантов. Носителями этих порций энергии являются элементарные частицы излучения — фотоны, обладающие энергией, количеством движений и электромагнитной массой. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается ими, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию поглощающего тела называется поглощением. Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн в интервале от 0 до ∞, то есть имеют сплошной спектр излучения. Газы испускают энергию только в определенных интервалах длин волн (селективный спектр излучения). Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностью, а газы — объемом. Излучаемая в единицу времени энергия в узком интервале изменения длин волн (от λ до λ+dλ) называется потоком монохроматического излучения Q_λ. Поток излучения, соответствующий всему спектру в пределах от 0 до ∞, называется интегральным, или полным, лучистым потоком Q(Вт). Интегральный лучистый поток, излучаемый с единицы поверхности тела по всем направлениям полусферического пространства, называется плотностью интегрального излучения (Вт/м²)

.

45) яркостная, цветовая, рационная температуры. Эти методы очень удобны для измерения температур различных объектов, где сложно или вообще невозможно применить традиционные контактные датчики. Это относится в первую очередь к измерению высоких температур. В оптической пирометрии различают следующие температуры тела: радиационную, цветовую, яркостную. Радиационная температура Т_р тела-это температура абсолютно чёрного тела, при которой его энергетическая светимость R равна энергетической светимости R_m данного тела в широком диапазоне длин волн. Цветовая температура. Спектральная плотность энергетической светимости серых тел (или тел близких к ним по свойствам) с точностью до постоянного коэффициента (коэффициента монохроматического поглощения) пропорциональна спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела. Следовательно, распределение энергии в спектре серого тела такое же, как и в спектре абсолютно черного тела при той же температуре. Для определения температуры серого тела достаточно измерить мощность I(λ,Т), излучаемую единицей поверхности тела в достаточно узком спектральном интервале (пропорциональную r(λ,Т)), для двух различных волн. ОтношениеI(λ,Т) для двух длин волн равно отношению зависимостей f(λ,Т) для этих волн. Яркостная температура Т_я тела – это температура абсолютно чёрного тела, при которой его спектральная плотность энергетической светимости f(λ,T), для какой либо определённой длины волны, равна спектральной плотности, энергетической светимости r(λ,Т) данного тела для той же длины волны.

46) Оптические, фотоэлектрические пирометры. Оптические пирометры. Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити, интенсивность излучения которой в зависимости от температуры известна. Оптический пирометр ОППИР-09 предназначен для измерения температуры от 800 до 2000 С, однако нить температурной лампы не выдерживает накала больше 1400° С. При температуре выше указанной материал нити начинает испаряться, вследствие чего характеристика лампы меняется. Чтобы избежать этого, при измерении температуры выше 14000C для ослабления светового потока накаленного тела между объективом и температурной лампой помещают дополнительный светофильтр 2. Таким образом, прибор имеет два диапазона измерений: 800—1400 0C и 1200—2000° С. Фотоэлектрический' пирометр. Для непрерывного и бесконтактного измерения и записи температуры неподвижных и движущихся тел применяют фотоэлектрический пирометр ФЭП-4*. При его помощи можно измерять температуры от 500 до 4000° С. Прибор выпускается как одношкальный с предельной температурой измерения 2000° С, так и двушкальный— с пределом измерения до 4000° С. Основная погрешность показателей пирометра не превышает ±1% для приборов с верхним пределом измерения больше 2000° С.

47) Цветовые и радиационные пирометры. Цветовые Пирометры менее точны, менее чувствительны и более сложны, чем яркостные; применяются в том же диапазоне температур. Наиболее чувствительны (но и наименее точны) радиационные Пирометры, или Пирометры суммарного излучения, регистрирующие полное излучение тела. Действие их основано на Стефана -- Больцмана законе излучения и Кирхгофа законе излучения. Объектив радиационных Пирометры фокусирует наблюдаемое излучение на приёмник (обычно термостолбик или болометр), сигнал которого регистрируется прибором, прокалиброванным по излучению абсолютно чёрного тела и показывающим радиационную температуру Tr. Истинная температура определяется по формуле (3) где aT -- полный коэффициент поглощения тела. Радиационными Пирометры можно измерять температуру, начиная с 200°С. В промышленности Пирометры широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов.

48) Достоинство и недостатки пирометров, их погрешности. Основным достоинством радиационных пирометров является простая конструкция и, как следствие, умеренная цена, высокая надежность и компактность. Оптические пирометры менее удобны в применении, стоят дороже и ломаются чаще, так как обладают как минимум двумя приемниками, преобразователями и усилителями, в то время как любой радиационный пирометр имеет всего один комплект узлов. Другое преимущество радиационных пирометров — хорошая разрешающая способность (гораздо выше, чем у оптических пирометров той же ценовой категории). Как отмечают специалисты, радиационные пирометры идеально подходят для измерения температур ниже 300-400° С, а также для работы в достаточно узких спектральных диапазонах (к примеру, для проведения измерения через пламя). И, наконец, только радиационные пирометры могут измерять низкие температуры (до -50° C). Радиационный пирометр "Condtrol IR-T1" ложится в руку "как влитой" Все указанные выше преимущества обусловили широкую популярность радиационных пирометров. Но несмотря на все свои достоинства, они обладают и рядом серьезных недостатков. Первым и самым существенным недостатком является зависимость результатов измерения от излучательной способности объекта. Что это значит на практике? Допустим, имеется две металлические емкости — одна новая (светлая и блестящая), а другая сильно окисленная (темная и матовая). Если залить обе емкости водой, довести до кипения (100° С) и измерить температуру радиационным пирометром, то для окисленной емкости значение будет соответствовать реальному (около 95° С), а для новой — не достигнет и 50° С. Объясняется это тем, что при прочих равных условиях и одинаковой температуре разные объекты излучают разное количество энергии из-за различной излучательной способности.

49) Изменение температуры твердых тел и газовых потоков Измерение температур газовых потоков при больших скоростях, вследствие большого коэфициента теплоотдачи, в значительной степени свободно от указанных выше источников ошибок. Однако в этом случае возникает новый источник ошибок измерений, величина которых быстро возрастает по мере увеличения скорости потока. Этот источник ошибок связан с переходом кинетической энергии поступательного движения газа в тепловую при адиабатическом сжатии у лобовой поверхности термоприемника. Измерение температур газовых потоков сравнительно небольших скоростей довольно часто осуществляется с помощью прибора, получившего название отсасывающего пирометра. Его идея заключается в том, что при малой теплоотдаче от газа к термоприемнику создается ее искусственное повышение путем интенсивного отсоса газа через трубку, внутри которой монтируется термоприемник. Для эффективности, действия такого прибора необходимо, чтобы скорость отсасываемого газа вокруг термоприемника была не меньше 5 м в секунду. При значительном диаметре трубки это обстоятельство вызывает необходимость применения достаточно мощного дымососа. При измерении температуры газового потока ртутным термометром его показания снимают не реже одного раза в час, а среднее значение температуры определяют как среднеарифметическое число зафиксированных результатов. Цена деления применяемого ртутного термометра не должна превышать 0 5 С. При измерении температуры газового потока могут появиться ошибки, вызванные лучистым теплообменом между термопарой и менее нагретыми поверхностями ( стенками и сводами топки, газоходами котла, поверхностями нагрева котла), находящимися в пространстве, в котором измеряют температуру. При измерении температуры высокоскоростных газовых потоков появляется новый источник погрешностей, обусловленный дополнительным нагревом газа за счет трения ( при торможении потока газа) в области расположения термоприемника. При измерении температуры высокоскоростных газовых потоков стремятся использовать термоприемники такой формы, у которых коэффициент восстановления температуры близок к единице. При измерениях температур высокоскоростных газовых потоков находят применение вольфрамовые бескаркасные проволочные терморезисторы. При измерении температуры газовых потоков большой скорости, как будет показано ниже ( § 6 - Б), собственная температура термоприемника не равна действительной ( термодинамической) температуре движущегося газа.

50) Динамические характеристики СВИ температуры. Интеллектульные СВИ температуры. Такие интегральные датчики могут не только контролировать измеряемые величины, но и осуществлять их оценку, коррекцию по определенным критериям, контролировать свои собственные характеристики, работать в режиме диалога с центральной системой управления, принимать команды, передавать измеренные значения в цифровой форме, а также аварийные сообщения.

В отличие от интегральных датчиков, в которых на базе новых технологий осуществляется объединение чувствительных элементов со схемами их включения, а также линеаризация характеристик и термокомпенсация, датчики с встроенными вычислительными средствами принято называть интеллектуальными, учитывая многообразие их функций, возможности самоконтроля и двустороннего обмена информацией с системой управления. Интеллектуальный датчик в силу особенностей своей структуры и расширенных функциональных возможностей позволяет обеспечить либо выполнение соответствующих функций, повышающих информативность выходного сигнала до необходимого уровня, либо формирование потока данных с необходимой достоверностью на основе анализа достаточно большого количества результатов отдельных, относительно недостоверных измерений. В результате реальные метрологические характеристики интеллектуальных ИП оказываются существенно выше характеристик датчиков в традиционном исполнении. Это связано с тем, что интеллектуальный датчик (ИД) является не просто датчиком, а представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих отображение свойств объекта в виде некоторой структуры данных, формируемых в результате обработки выходного сигнала первичного чувствительного элемента по определенному алгоритму. Помещение технических средств обработки информации непосредственно к датчику логически оправдано тем, что каждый шаг обработки измерительного сигнала вдали от объекта измерения связан с увеличением погрешности измерения. В данном случае уместно заметить, что, интеллектуальный датчик имеет возможность согласования измерительного тракта с источником сигнала по чувствительности, динамическому диапазону, избирательности и подавлению помех различного вида. Он адаптирует свои параметры к внешним факторам и условиям, обеспечивает автоматический самоконтроль функционирования, осуществляет операции юстировки и тарировки, производит коррекцию погрешностей. В автоматических системах управления и контроля интеллектуальные датчики выполняют следующие основные функциональные задачи: -преобразование входного сигнала в сигнал требуемого вида с воспроизводимой функциональной связью между ними; -преобразование полученного сигнала в форму, обеспечивающую помехозащищенную передачу к устройству обработки данных по каналу связи; -избирательную регистрацию и предварительную обработку выходного сигнала; -подавление существенных для решения данной задачи помех (возмущающих воздействий); -реагирование на изменяющиеся условия в точках контроля; -обеспечение и контроль собственного функционирования.