111 / реферат 25

Оптические и цветовые пирометры

Оптические пирометры используют для определения температуры посредством узкого участка измеряемого тела, выделенного с помощью цветофильтра. Величину температуры определяют по яркости свечения поверхности тела. Измерения производят на длине световой волны около 0,65 микрометра (красная волна). Выбор этой длины обусловлен: 1) На этой волне яркое свечение поверхности увеличивается значительно быстрее, чем температура поверхности. Это позволяет получить большую чувствительность прибора. 2) Излучение поверхности большинства реальных тел близки на этой волне к абсолютно черным. Это позволяет существенно снизить погрешность на неполноту излучения. Рассмотрим простейший оптический пирометр, в котором яркость свечения нити лампы накаливания сравнивается с эталонной лампой. Оптическая система прибора совмещает поле зрения наблюдателя, изображение излучающей поверхности и нити накала эталонной лампы. Для определения температуры наблюдатель должен выровнять яркости свечения нити лампы и излучающей поверхности, меняя напряжение нити лампы. Значение температуры может быть считано в момент равенства яркости лампы и излучающей поверхности по шкале прибора, контролирующей режим лампы. Оптические пирометры применяются в диапазоне от 800 до 6000 °С и обеспечивают погрешность от 0,7 до 3%. Дальнейшее повышение точности измерения достигается в цветовых пирометрах. В них определяют температуру тела по результатам измерения интенсивности излучения в двух узких диапазонах спектра. Это красный и сине-зеленый. Цветовые пирометры принципиально не дают погрешность при измерении температуры серых тел. Под серым телом понимается тело, коэффициент лучеиспускания которого не зависит от длины волны излучения. К таким телам близки реальные объекты измерения. Конструктивно, цветовой пирометр можно выполнить также, как оптический, достаточно предусмотреть возможность замены фильтра. Недостатком этого варианта яркостного и цветового пирометра является обязательное участие наблюдателя в процессе измерения температуры. Этот недостаток устранен в автоматических фотоэлектрических пирометрах.

Пирометр

[править | править исходный текст]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Переносной пирометр инфракрасного излучения

Стационарный пирометр инфракрасного излучения

Оптический пирометр

У этого термина существуют и другие значения, см. Пирометр (значения).

Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излученияобъекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Содержание

  [убрать] 

• 1 Назначение

• 2 История

• 3 Классификация пирометров

  • 3.1 Температурный диапазон

  • 3.2 Исполнение

  • 3.3 Визуализация величин

• 4 Основные источники погрешности пирометров

• 5 Применения

• 6 Примечания

• 7 См. также

• 8 Ссылки

• 9 Литература

  • 9.1 Книги

  • 9.2 Журналы

Назначение[править | править исходный текст]

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

История[править | править исходный текст]

Один из первых пирометров изобрёл Питер ван Мушенбрук. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0 °C и даже ниже).

Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60-х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. Первый портативный пирометр был разработан и произведен американской компанией Wahl в 1967 году. Новый принцип построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии, позволил существенно расширить границы измерения температур твердых и жидких тел.

Классификация пирометров[править | править исходный текст]

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

• Яркостные. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветом эталоннойнити.

• Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектральногоизлучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.

• Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

Температурный диапазон[править | править исходный текст]

• Низкотемпературные. Обладают способностью показывать температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра.

• Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.

Исполнение[править | править исходный текст]

• Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами, например для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.

• Стационарные. Предназначены для более точной оценки температуры объектов. Используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков.

Визуализация величин[править | править исходный текст]

• Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию.

• Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.

Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).

Основные источники погрешности пирометров[править | править исходный текст]

Самыми важными характеристиками пирометра, определяющими точность измерения температуры являются оптическое разрешение и настройка степени черноты объекта ^[1].

Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Этот показатель рассчитывается как отношение диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если необходимо проводить измерения температуры с небольшого расстояния, то лучше выбрать термометр с небольшим разрешением, например, 4:1. Если температуру необходимо измерять с расстояния в несколько метров, то рекомендуется выбирать пирометр с большим разрешением, чтобы в поле зрения не попали посторонние предметы. У многих пирометров есть лазерный целеуказатель для точного наведения на объект.

Cтепень черноты (или коэффициент излучения) характеризует свойства поверхности объекта, температуру которого измеряет пирометр. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0,1 до близких к 1. Неправильный выбор коэффициента излучения — основной источник погрешности для всех пирометрических методов измерения температуры ^[2]. На коэффициент излучения сильно влияет окисленность поверхности металлов. Так, если для стали окисленной коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075. ^[3]

Применения[править | править исходный текст]

Теплоэнергетика — для быстрого и точного контроля температуры на участках не доступных или мало доступных для другого вида измерения.

Электроэнергетика — контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт — контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов).

Лабораторные исследования — при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты)

Строительство — пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки.

Бытовое применение — измерение температуры тела, пищи при приготовлении, и многое другое.

Отдельная большая область применения пиросенсоров - датчики движения в системах охраны зданий. Датчики реагируют на изменение инфракрасного излучения в помещении.

ПИРОМЕТРЫ (от греч. руr-огонь и metreo - измеряю), оптич. приборы для измерения температуры главным образом непрозрачных тел по их излучению в оптич. диапазоне спектра (длины волн l в видимой части 0,4-0,76, в невидимой > 0,76 мкм). Совокупность методов определения с помощью пирометры высоких температур наз. пирометрией (см.Термометрия).

Квазимонохроматические (оптические) пирометры Действие этих переносных приборов основано на сравнении яркости моно-хроматич. излучения двух тел-тела, температуру которого измеряют, и эталонного. В качестве последнего обычно используют нить лампы накаливания с регулируемой яркостью излучения. Наиб. распространенный прибор данной группы-пирометры с "исчезающей" нитью (рис. 1). Внутри телескопич. трубки в фокусе линзы объектива находится питаемая от аккумулятора через реостат пирометрич. лампа с подковообразной нитью. Для получения монохроматич. света окуляр снабжен красным светофильтром, пропускающим лучи только определенной длины волны (l 65-66 мкм). В объектив помещен серый поглощающий светофильтр, служащий для расширения пределов измерений.