ВСТУП
Пірометром називають прилад, який вимірює температуру по тепловому електромагнітному випромінюванню і надає інформацію у формі, зручній для користувача. Інфрачервоні пірометри, що використовують метод радіаційної пірометрії, є найбільш поширеним класом серед пристроїв подібного роду (інші назви − інфрачервоний термометр або інфрачервоний радіометр).
Конструктивно такий пірометр являє собою пірометричний перетворювач і пристрій відображення інформації, аналогове або цифрове.
Принцип дії інфрачервоного пірометра заснований на вимірюванні абсолютного значення амплітуди електромагнітного випромінювання від об'єкта в інфрачервоній частині спектра і наступному перетворенні виміряного значення в температуру. Схема такого пірометра з оптичним видошукачем зображена на рис.1.
Рисунок 1 ‒ Пірометр з оптичним видошукачем
Пристрій пірометра: 1 - об'єкт вимірювання; 2 - теплове випромінювання; 3 - оптична система; 4 - дзеркало; 5 - видошукач; 6 - вісь видошукача; 7 - вимірювально-лічильний пристрій; 8 - корпус; 9 - електронний перетворювач; 10 - кнопка; 11 – датчик.
Тепловий промінь, сфокусований оптичною системою, падає на датчик (первинний пірометричний перетворювач), в результаті на виході утворюється електричний сигнал, пропорційний значенню температури об'єкта вимірювання. Цей сигнал проходить через електронний перетворювач (вторинний пірометричний перетворювач), потрапляє в вимірювально- лічильний пристрій і обробляється в ньому. Результат відображається на дисплеї (індикація у сучасних пірометрів, як правило, цифрова).
Щоб отримати точне значення температури об'єкта, користувачеві потрібно лише включити прилад, навести його на об'єкт вимірювання і натиснути на кнопку. На сьогоднішній день цей метод безконтактного вимірювання температури є одним з найпростіших і недорогих. Вимірювання можна проводити практично на будь-якій відстані, дальність дії сучасних пірометрів обмежується лише площею вимірюваного плями і прозорістю середовища.
До основних технічних характеристик пірометрів відносять:
оптичний дозвіл ( зустрічаються моделі з дозволом від 2 до 600:1 );
діапазон вимірюваних температур ( max від -50 до +4000 °C або менше);
вимірюваний дозвіл - 1 або 0,1 °C;
точність вимірювання (оптимальна ± 1,5 %);
швидкодія ( у сучасних дуже високе - менше 1 секунди );
коефіцієнт випромінювання - змінний або фіксований;
спосіб націлювання - оптичний або лазерний приціл.
Теоретична частина
1.1 Пірометри серії пд-4
В 1994 р. була завершена розробка і випущений пірометр ПД-4, призначений для широкого використання в металургії і машинобудуванні. За сукупністю параметрів це кращий вітчизняний пірометр для вимірювання температури в діапазоні вище 700°С. Прилад виконаний в ергономічному пластмасовому корпусі, має малі габарити і вага (близько 1 кг).
Інструментальна похибка ПД-4 в нормальних умовах нижче, ніж практично у будь-якого з продаються в країні промислових пірометрів, в тому числі і імпортних, і, як правило, знаходиться в межах 0,5...0,9 % від вимірюваного значення. Прилад має і відмінну відтворюваність показань - при температурах понад 800°С вона складає всього 1...2 °С. Крім того, на відміну від аналогів як вітчизняного, так і імпортного виробництва, об'єктив приладу допускає фокусування на вимірюваний об'єкт. Завдяки цьому у ПД-4, у порівнянні з іншими приладами, в кілька разів знижена залежність показань від відстані до об'єкта, а в діапазоні 0,7...5 м її практично немає. Спеціально розроблена конструкція видошукача дозволяє чітко фіксувати не тільки центр вимірюваної області об'єкту, але і розмір цієї області, яка відповідає темному колу у центральній частині видошукача.
Для зручності користування, індикатор пірометра розміщений в полі зору окуляра. Крім того, відображення результатів проводиться світлодіодним індикатором, що особливо цінно при роботі в погано освітлених цехах. До того ж, ПД-4 містить у видошукачі поляризаційний послаблювач, який знижує яскравість зображення вимірюваного об'єкта до зручної для ока величини, а яскравості його світлодіодного індикатора цілком достатньо для зчитування показань як в напівтемряві, так і на добре освітленій майданчику.
При розробці приладу особливу увагу приділено зниженню чутливості ПД-4 до електричних і магнітних полів, так як багато вітчизняних підприємств забезпечені індукційними печами, що працюють на змінному струмі. Створювані цими струмами магнітні поля нерідко призводять до непрацездатності приладів поблизу печей або до спотворення одержуваних результатів. Це виникає через наявність в приладах дроселів, трансформаторів, а також переривників випромінювання, які обертаються за допомогою мікроелектродвигуна дисків з прорізами, що переміщуються за допомогою електромагнітів. Враховуючи сказане, з кінця 1996 р. ПД-4 виконують взагалі без будь-яких моткових виробів - дроселів, електродвигунів і т.д. Завдяки цьому всі неконтрольовані похибки, викликаються магнітними полями індукційних печей, в ньому просто неможливі.
ПД-4 виконаний на основі найсучаснішої елементної бази. При його створенні використані мікросхеми світових лідерів в галузі радіоелектроніки Analog Devices, Maxim, Linear Тechnology, Atmel, Philips. Використання новітніх розробок цих фірм дозволило створити прилад на основі всього семи мікросхем, що різко підвищило його надійність в порівнянні з раніше розробленими пірометрами. До речі, відмітною особливістю вітчизняних приладів є те, що в останні 3-5 років за рівнем схемотехнічного розвитку вони помітно перевершують імпортні аналоги, оскільки у вітчизняних розробників цикл освоєння нових мікросхем значно коротше, ніж у зарубіжних провідних фірм-виробників, таких як AGEMA або MIKRON .
ПД-4 виконаний на основі мікропроцесора, завдяки якому в модифікаціях з розширеними можливостями можна визначити максимум, мінімум, середнє значення в серії вимірювань, а також зберегти в пам'яті певну кількість результатів вимірювань. Крім того, існує можливість їх перегляду. Ще одна особливість ПД-4 - мале енергоспоживання. Пірометр має три вбудованих акумулятора ємністю більше 1,5 А/год. Повного їх заряду достатньо для того, щоб працювати з ПД-4 без підзарядки акумуляторів протягом 5-денного робочого тижня.
Пірометри серії ПД-4-05
Для вирішення подібних завдань випускаються стаціонарні пірометри модифікацій ПД-4-05. Для роботи в діапазоні температур від 700 до 2500 °С рекомендується використовувати ПД-4-05 (рис. 4). Вони випускаються в круглих металевих корпусах з кріпильними отворами на передньому фланці. На задньому фланці розміщені органи управління та індикації, а також роз'єми для підключення силового і сигнального кабелів. У звичайному комплекті поставки ПД-4-05 працюють від мережі змінного струму 220 В, 50 Гц, однак при необхідності роботи приладів у приміщеннях з підвищеною небезпекою можливе постачання приладів з живленням від наявного в розпорядженні користувача джерела з напругою 12 В.
Коло завдань, для вирішення яких призначений ПД-4-05, досить широкий − це вимірювання температури металів при плавці і заготовок при литті, контролю температури прокату на станах, деталей в процесі термообробки, вимірювання температури реагентів і каталізаторів у хімічних реакторах.
Ще однією особливістю ПД-4-05, яка вигідно відрізняє його від аналогів, є наявність на задній панелі пірометра цифрового індикатора, що дозволяє робити відлік температури не тільки за шкалою самописця чи іншого реєструючого приладу, що знаходиться в операторної на відстані до 20 м від пірометра, а й по показаннями на індикаторі пірометра прямо на місці його встановлення. Останнє особливо зручно при установці і настройці приладу.