Средства бесконтактного измерения температуры. — КиберПедия 

Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...

Средства бесконтактного измерения температуры.

2017-11-16 418
Средства бесконтактного измерения температуры. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

методы, основанные на различных принципах преобразования теплового излучения объекта измерения в непосредственно измеряемую физическую величину, называют бесконтактными или пирометрическими методами измерения температуры, а средства измерения, реализующие эти методы, – пирометрами.

Тепловое излучение – излучение, возникающее в результате теплового возбуждения частиц вещества (атомов, молекул). Энергия такого излучения определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Тепловое излучение носит электромагнитный характер, т. е. представляет собой совокупность электромагнитных волн или фотонов. Оно, как и всякое излучение, описывается энергетическими и спектральными (частотными) характеристиками.

Область частот, в которой имеет место излучение, иными словами, спектр излучения может быть сплошным, линейчатым и полосовым.

Спектр газов носит линейчатый или полосовой характер. Для твердых и жидких тел характерно наличие сплошного спектра излучения. В дальнейшем мы будем иметь в виду сплошной спектр. В спектре электромагнитных излучений выделяют несколько областей, в том числе: оптическую, гамма-излучений, радиочастот. В пирометрии в основном используется оптическая область спектра и менее область радиочастот. Оптическая область, в свою очередь, подразделяется на области ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения.

Всякое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля, излучает, и энергия этого излучения зависит от температуры тела и его оптических свойств. Широкое различие этих свойств приводит к тому, что излучение различных тел даже при одинаковой температуре будет весьма различно. В этом случае коэффициент будет отражать различие в оптических свойствах тел.

Для абсолютно черного тела (которое поглощает 100% падающего на него излучения) характерны следующие закономерности теплового излучения (см. рисунок 1.31):  при повышении температуры тела возрастает спектральная энергетическая яркость и светимость на всех длинах волн;  при нагревании тела максимум спектральной светимости смещается в сторону более коротких длин волн (закон смещения Вина);  с ростом температуры тела возрастает полная (интегральная) светимость поверхности объекта. Данные закономерности положены в основу принципа действия яркостных, цветовых и радиационных пирометров.

 

Яркостные пирометры.

Зависимость спектральной энергетической яркости теплового излучения тела от температуры этого тела положена в основу принципа яркостных пирометров.

схема оптического пирометра «с исчезающей нитью», принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и яркости градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Достоинством таких приборов является простота и удобство в работе. Недостатком – субъективизм, а также то, что измеряется так называемая яркостная температура, которая отличается от действительной. Яркостная температура – условная температура нечерного тела, численно равная такой температуре черного тела, при которой их спектральные энергетические яркости равны. Для определения действительной температуры следует ввести поправку на степень черноты поверхности объекта.

 

Цветовые пирометры.

цвет нагретого объекта зависит от его температуры. Приборы, основанные на использовании данной закономерности называются цветовые пирометры. Как правило они определяют температуру по отношению светимостей для фиксированных длин волн излучения. Это отношение однозначно зависит от положения максимума спектральной энергетической светимости, а значит и от температуры.

Эти пирометры измеряют цветовую температуру объекта по отношению интенсивностей излучения в двух определенных участках спектра. Основное преимущество таких пирометров заключается в независимости их показаний от излучательной способности объекта, а также от наличия дыма, пыли и испарений в пространстве между объектом и пирометром.

Диапазон измерения от 1000 до 2500 С. При использовании инфракрасных фотоприемников нижний предел температурного диапазона может быть уменьшен до 20 – 50 С. Достоинством таких приборов является то, что для «серых» тел измеряется действительная температура.

 

Радиационные пирометры.

На использовании зависимости полной (интегральной) светимости теплового излучения тела от температуры основан принцип действия радиационных пирометров. Приборы такого типа широко используют для измерения низких температур -20..100 С. Приемники полного излучения отличаются тем, что их спектральная чувствительность постоянна в широком диапазоне длин волн от дальней инфракрасной области до ближней ультрафиолетовой. Для увеличения поглощательной способности чувствительные поверхности приемников излучения окрашивают в черный цвет. Для уменьшения теплоотвода в среду приемник помещают и вакуумированные или газонаполненные корпуса. В качестве приемников применяются термобатареи или болометры.

Термобатареи – последовательно соединенные термоэлектрические преобразователи (до 20 термопар). Их горячие спаи 1 (см. рисунок 1.31) располагаются на узком участке зачерненной поверхности 2, на который фокусируется излучение.

 

Рисунок 1.31. Конструкция термобатареи

Болометры – это термометры сопротивления, изготовленные либо из фольги проводящих материалов, либо из полупроводников (термисторов). Тепловые быстродействующие индикаторы выполняются в виде тонкослойной термопары или болометра, в которых активный слои имеет хороший тепловой контакт с основанием. Это дает возможность повысить быстродействие (время успокоения до 10-9 с). Они применяются для идентификации мощных сигналов, например лазерного излучения. Пироэлектрические приемники – это кристаллы с определенным видом симметрии, в которых в зависимости от изменения температуры проявляется эффект спонтанной поляризации. Пирометры полного излучения подразделяются на пирометры с преломляющей оптической системой (рис. 1.32, а) и пирометры с отражающей оптической системой (рис. 1.32, б).

В первом случае излучение от объекта измерения 1 через линзовый объектив 2 и диафрагму 3 поступает на приемник полного излучения 4. Для наводки на объект измерения служит окуляр 6 с дымчатым светофильтром 5 и диафрагмой 7. Отсчетным устройством является милливольтметр 8.

В пирометрах с отражающей оптической системой (см. рис. 1.32, б) излучение от объекта измерения 1 попадает на приемник излучения 3 после прохождения через защитную полиэтиленовую пленку 2, диафрагму 4 и зеркальный объектив 5. Для наводки на объект излучения служит зрительная труба 6. Отсчет показаний производится по шкале милливольтметра 7. Полиэтиленовая пленка прозрачна для инфракрасного излучения и служит для защиты опти- ческой системы пирометра от загрязнения потоков воздуха.

 

Тепловизоры.

Пирометры позволяют измерять температуру локальной точки объекта контроля. Для визуализации температурных полей применяют тепловизоры.

Принцип действия сканирующего тепловизора (см. рисунок 1.33) заключается в просмотре по заданному закону движения поверхности объекта узким лучом, сформированным оптической системой. Обзор происходит с помощью сканирующей системы в пределах угла поля зрения за время, которое принято называть временем кадра. По такому же закону движения происходит перемещение луча по экрану кинескопа. При этом интенсивность луча и яркость изображения зависит от сигнала приемника ИК лучей, который в свою очередь зависит от температуры участка поверхности объекта. Таким образом, на экране кинескопа получают области с различной градацией яркости, которые и составляют тепловое изображение объекта.

 


Поделиться с друзьями:

Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.013 с.