2 Пірометри

Класифікація пірометрів приведена на рисунку Л1.10

2.1 Пірометри повного випромінювання (радіаційні)

Застосовують в основному два види пірометрів цього типу - з оптичними системами заломлювання та відбивання (рисунок Л1.11)

Пірометри з оптичною системою заломлювання дешеві, прості та надійні в експлуатації. На об'єкт вимірювання пірометр наводять за допомогою окуляра з димчастим фільтром. Поліетиленова плівка добре пропускає інфрачервоне випромінювання і захищає прилад від забруднення та потоків повітря.

Рисунок Л1.10 – Класифікація пірометрів

Основні недоліки пірометра з системою заломлювання - скляна оптична система та можливість застосування тільки для вимірювання високих температур. Пірометр може вимірювати температуру в діапазоні плюс 100...2000°С з похибкою ±1%. Інерційність приладу 0,005...5 с.

Пірометри з оптичною системою відбивання можуть вимірювати температуру в діапазоні від мінус 100°С до плюс 2000°С з похибкою +1% але ці прилади в порівнянні з розглянутими мають більшу вартість. Застосовують радіаційні пірометри в металургійному, целюлозопаперовому, скляному та інших виробництвах.

Приймачами випромінювання в цих приладах можуть бути: термобатареї – це з'єднані послідовно термопари з тонкої ,фольги, або тонкого дроту (до 20 термопар), що дозволяє фокусувати випромінювання на вузькій ділянці поверхні:

а) пірометр з оптичною системою заломлювання:

1 – об’єкт вимірювання; 2 – об’єктив; 3 – діафрагма; 4 – приймач-випромінювання; 5 – димчастий фільтр; 6 – окуляр; 7 – діафрагма; 8 – оператор.

б) пірометр з оптичною системою відбивання:

1 – об’єктив випромінювання; 2 – фільтр; 3 – діафрагма; 4 – параболічне дзеркало; 5 – приймач випромінювання; 6 – оператор; 7 – окуляр.

Рисунок Л1.11 – Схеми пірометрів повного випромінювання

-болометри–термометри опору, виготовлені з фольги провідників, або термістори;

-теплові швидкодіючі індикатори–виготовляються в вигляді тонкошарової термопари або болометра;

-пірокристали–речовини, в яких при зміні температури виникає ефект спонтанної поляризації (титанат барія, ніобат барія тощо).

2.2 Яскравісні пірометри

В промисловості та при проведенні досліджень застосовують три види яскравісних пірометрів, з ниткою, що зникає (рисунок Л1.12,а); з оптичним клином (рисунок Л1.12,б) і фотоелектричні (рисунок Л1.12,в).

При роботі з пірометром, показаному на рисунку Л1.11,а , оператор 7 через окуляр 4, діафрагму 5 та фільтр 6 бачить зображення нитки лампи 3 на фоні об'єкта вимірювання І. Спостереження ведеться в монохроматичному світлі, що створюється фільтром 6 з червоного скла (довжина хвилі λ = 0,65 мкм). За допомогою реостата 2 сила струму, що проходить через лампу З, регулюється таким чином, поки спектральні інтенсивності випромінювання лампи та об'єкта не зрівняються. В цей момент зображення нитки на фоні об'єкта І зникає і по міліамперметру 8, шкала якого попередньо проградуйована в одиницях температури, реєструють температуру об'єкта 1.

Пірометри з ниткою, що зникає дешеві та надійні, можуть вимірювати температуру в діапазоні 700...3000°С з похибкою ± (0,5...1)% при інерційності 30с. Недоліки цих приладів - залежність показань від коефіцієнта чорноти.

Пірометри з оптичним клином (колова форма) є модифікацією розглянутих приладів. На відміну від пірометрів з ниткою, що зникає, яскравісну температуру нитки лампи 4 підтримують постійною, а зрівнювання яскравостей здійснюється пересуванням оптичного клина 3, при цьому від об'єкта вимірювання 1 надходить менше або більше світла. Положення клина реєструють за шкалою, поділки якої проградуйовані в одиницях температури. Діапазон вимірювання цих пірометрів 700...6000°С при похибці (0.5...1)%. Застосовують яскравісні пірометри при виробництві сталі, скла, керамічних матеріалів тощо.

В фотоелектричних пірометрах (див. рисунок Л1.12,в) приймачем випромінювання є фотодіоди, або фоторезистори з яскраво вираженою спектральною чутливістю. Виділення випромінювання в вузькому діапазоні довжин хвиль здійснюється за допомогою світлофільтрів або призм.

а) пірометр з ниткою, що зникає:

1 - об'єкт вимірювання; 2 - об'єктив; 3 - лампа; 4 - окуляр;5 - діафрагма; 6 - фільтр;

7 - оператор; 8 – міліамперметр.

б) пірометр з оптичним клином:

1 - об'єкт вимірювання; 2 - об'єктив; 3 - оптичний клин колової форми; 4 - лампа;

5 - окуляр; 6 - діафрагма; 7 - фільтр; 8 - оператор; 9 - міліамперметр.

в) приймач фотоелектричного пірометра:

1 - світлофільтр; 2 - фотодіод або фоторезистор.

Рисунок Л1.12 – Схеми яскравістних пірометрів

Цей тип пірометрів має малу інерційність - до 10^-3с. їх можна застосовувати для реєстрації температури швидкоплинних теплових процесів, а також для вимірювання температури малих об'єктів.

Відповідним вибором спектрального діапазону, можна створити умови, аналогічні сприйманню випромінювання чорного тіла, а також обійти смуги та лінії поглинання водяної пари і двоокису вуглецю, які постійно присутні в середовищі між об'єктом вимірювання і пірометром.