3.4 Измерение температуры пирометрами
Принцип действия пирометров излучения основан на использовании того или иного свойства теплового излучения нагретых тел.
По сравнению с приборами, основанными на других методах измерения температуры, пирометры излучения имеют следующие преимущества:
измерение основано на бесконтактном способе, следовательно, отсутствует искажение температурного поля, вызванное введением преобразовательного элемента прибора в измеряемую среду;
верхний предел измерения температуры теоретически не ограничен;
имеется возможность измерения температур пламени и высоких температур газовых потоков при больших скоростях, когда трудно использовать другие методы.
Свойство спектра излучения объекта |
Наименование средств измерений |
Интегральная плотность излучения, описываемая для АЧТ законом Стефана- Больцмана |
Пирометр полного излучения (радиационный пирометр) |
Спектральная плотность излучения в ограниченном интервале длин волн |
Пирометр частичного излучения |
Спектральная плотность излучения в узком интервале, позволяющем применить закон Планка |
Квазимонохроматический (яркостный или оптический) пирометр |
Отношение плотности спектрального излучения в двух спектральных интервалах |
Пирометр спектрального отношения (цветовой пирометр) |
Отношение плотности спектрального излучения в тех и более спектральных интервалах |
Пирометр спектрального отношения |
Интегральное излучение реального тела, нагретого до температуры Т:
где ε = Е/Е0 — степень черноты тела для всех длин волн.
Интегральное излучение абсолютно черного тела при совпадении его температуры с Ту (условная температура, измеренная пирометром полного излучения)
4 Измерение давления
Давление является одним из важнейших физических параметров, и его измерение необходимо как в расчетных целях, например для определения расхода, количества и тепловой энергии среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозирования безопасных и эффективных гидравлических режимов напорных трубопроводов, используемых на предприятии. Рассмотрим основные понятия, связанные с давлением и его измерением.
По принципу действия манометры можно подразделить на:
жидкостные (измеряемое давление уравновешивается гидростатически столбом жидкости — воды, ртути — соответствующей высоты);
деформационные (давление определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента УЧЭ — мембраны, трубчатой пружины, сильфона);
грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гидростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплектом образцовых гирь);
электрические (давление определяется на основании зависимости электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты —
чувствительного элемента ЧЭ от измеряемого давления) и
другие (тепловые, ионизационные, термопарные и т.п.).
По роду измеряемой величины приборы для измерения давления и разрежения делят на:
манометры — приборы для измерения абсолютного и избыточного давления;
вакуумметры — приборы для измерения разрежения (вакуума);
мановакуумметры — приборы для измерения избыточного давления и вакуума;
напоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых избыточных давлений;
тягомеры (микроманометры) — приборы для измерения малых разрежений;
тягонапоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых давлений и разрежений;
дифференциальные манометры (дифманометры)— приборы для измерения разности двух давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды;
барометры — приборы для измерения атмосферного давления.
Жидкостные приборы отличаются простотой устройства и относительно высокой точностью измерения; их широко применяют как для лабораторных, так и для технических измерений. Жидкостные приборы служат для градуировки и поверки приборов других систем, измерения небольших избыточных давлений, разрежений, разности давлений, а также атмосферного давления.
Поплавковые приборы представляют собой U-образные жидкостные приборы, у которых одно из колен расширено, и в нем помещен поплавок, связанный со стрелкой, движущейся вдоль шкалы. Поплавковые приборы чаще всего используют как дифференциальные манометры (дифманометры) для измерения разности давлений.
Основой деформационных приборов служит трубчатая пружина, которая представляет собой тонкостенную согнутую по дуге окружности трубку вытянутого поперечного сечения. При заполнении полости трубки газом или жидкостью под давлением происходит деформация сечения в направлении приближения к ее круглому, это вызывает появление усилий, которые заставляют трубку разгибаться. Свободный и наглухо закрытый конец трубки перемещается до момента, когда силы, создаваемые измеряемым давлением, уравновесятся силами упругости трубки. Перемещение свободного конца трубки до определенного предела пропорционально давлению: Δ=kp. При дальнейшем повышении давления линейная зависимость нарушается – деформация начинает расти быстрее увеличения давления. Предельное давление, при котором еще сохраняется линейная зависимость между перемещением конца трубки и давлением, называется пределом пропорциональности трубки. Это ее важнейшая характеристика.
Приборы с чувствительным элементом в виде гофрированных мембран, мембранных коробок и мембранных блоков применяют для измерения небольших избыточных давлений и разрежений. Величина прогиба мембраны является сложной функцией действующего на нее давления, ее геометрических параметров и модуля упругости материала.
К недостаткам мембранных приборов следует отнести
небольшой ход подвижного центра чувствительного элемента;
возможное отклонение жесткости мембраны от расчетной и трудность регулирования жесткости.
Действие электрических приборов основано на изменении электрического сопротивления проводника под действием внешнего избыточного давления. Электрическими проводниками принципиально могут служить любые металлы и сплавы, а также полупроводники. Однако для использования в манометрах сопротивления наиболее подходящим материалом является манганин, так как он обладает малым температурным коэффициентом электрического сопротивления. Недостаток манганина заключается в малой зависимости электрического сопротивления от давления (малый пьезокоэффициент).
Если обозначать электрическое сопротивление проводника, подвергающегося действию давления, через R, изменение сопротивления через ΔR, а давление через р, то изменение сопротивления будет соответствовать линейному закону
ΔR = kRp,
где k — пьезокоэффициент, величина которого зависит от материала проводника, см2/Н.
Значения пьезокоэффициента различны не только для разных материалов, но и даже для одного и того же материала. Для манганина k = (2 ... 2,5)*10-7 см2/Н.
