17.4.1 Термометры с механическими резонаторами

В них применяются струнные, камертоновые, язычковые, дисковые и другие виды твердотельных резонаторов. В качестве температурно–зави-симого управляемого параметра в таких резонаторах используется жесткость, момент инерции резонатора или температурные напряжения в резонаторе.

Рис. 17.2. Структурная схема цифрового термометра

с механическим резонатором

Резонатор 1, работающий в режиме вынужденных колебаний, имеет форму камертона и выполнен как одно целое со стержнем 2, являющимся акустической линией для передачи сигналов запроса и ответа (рис. 17.2). Функцию возбудителя и приемника колебаний совмещает обратимая магнитоэлектрическая система 3, состоящая из постоянного магнита N - S и обмотки ω, подключенной к измерительному устройству 4. Последняя содержит перестраиваемый генератор импульсов в виде свободного мультивибратора, период колебаний которого сравнивается с периодом свободных колебаний резонатора, выделяемых из эхо-декремента ответного сигнала. Разность периодов приводится к нулю системой автоматической подстройки частоты генератора, которая измеряется цифровым частомером 5 и несет информацию о температуре в месте расположения резонатора.

Недостатками являются нестабильность градуировки, большое время установления показаний, плохая теплопроводность между защитным корпусом датчика и чувствительным элементом.

17.4.2 Принцип ядерного квадрупольного резонанса

Принцип основан на зависимости от температуры частоты прецессии атомных ядер, обладающих электрическим квадрупольным моментом. Этот момент обусловлен отклонением распределения заряда ядра от сферической симметрии [3].

Достоинствами являются стабильность и универсальность градуировочных характеристик.

17.5 Пирометрические принципы

Принципы основаны на определении параметров теплового излучения объекта без нарушения его температурного поля. Диапазон измерений от 173 - 6000 К. Теория пирометрических принципов измерений температуры основана на законах, устанавливающих связь между излучением абсолютно черного тела (АЧТ) и его температурой.

17.5.1 Пирометры полного излучения (радиационные)

Пирометры основаны на зависимости температуры интегральной мощности излучения АЧТ во всем диапазоне длин волн, определяемой законом Стефана-Больцмана [3].

Излучение от объекта 1 через линзу 2 и диафрагму 3 фокусируется на горячие спаи термобатареи 4 (рис. 17.3). Визирование телескопа пирометра на объект измерения осуществляется наблюдателем 5 через оптическую систему, состоящую из диафрагмы 6, окуляра 7 и дымчатого светофильтра 8. Резистор 9 из никеля, который имеет хороший тепловой контакт с корпусом пирометра, применяется для коррекции температурной погрешности.

Достоинством является нечувствительность к помехам и изменениям параметров промежуточной среды.

Рис. 17.3. Принципиальная схема рефракторного пирометра

17.5.2 Пирометры частичного излучения

Пирометры основаны на использовании температуры излучения в ограниченном диапазоне длин волн.

На рис. 17.4 изображение объекта 1 путем перемещения объектива 2 совмещается с плоскостью нити 3 лампы накаливания 4. Наблюдая изображение объекта и нити через светофильтр 5 и окуляр 6, наблюдатель меняет ток накала нити лампы до тех пор, пока середина накаленной нити не исчезнет на фоне изображения. Зависимость между током лампы и яркостной температурой определяется путем градуировки термометра по температуре АЧТ. Выравнивание яркости нити и объекта осуществляется перемещением нейтрального поглотителя с переменной плотностью (оптического клина) 7. Недостатком является лишь нелинейность характеристики.

Рис. 17.4. Схема пирометра с исчезающей нитью