Пирометры суммарного излучения

Пирометры суммарного излучения измеряют радиационную температуру тела, поэтому их часто называют радиационными. Принцип действия данных измерителей температуры основан на использовании закона Стефана-Больцмана. Однако в случае применения оптических систем в ПСИ определение температуры ведется по плотности интегрального излучения не во всем интервале длин волн от ₁=0 до =∞, а в значительно меньшем: для стекла рабочий спектральный диапазон составляет 0,4-2,5, для плавленого кварца 0,4-4, для флюорита 0,4- 8 мкм.

Датчик пирометра выполняется в виде телескопа, линза объектива которого фокусирует на термочувствительном приемнике излучение нагретого тела. В качестве чувствительного элемента используются термопары, термобатареи, болометры (металлические и полупроводниковые), биметаллические спирали и т.п. Наиболее широко применяются термобатареи, в которых используется 8-14 миниатюрных термопар (например, хромель-копелевые), соединенных последовательно. Поток излучения попадает на расклепанные в виде тонких зачерненных лепестков рабочие концы 4 термопар 2. Свободные концы термопар привариваются к тонким пластинкам 1, закрепленным на слюдяном кольце 3. Металлические выводы 5 служат для подсоединения к измерительному прибору, в качестве которого обычно используются потенциометры или милливольтметры.

Рабочие концы термопар поглощают падающую энергию и нагревается. Свободные концы находятся вне зоны потока излучения и имеют температуру корпуса телескопа. В результате возникновения перепада температур термобатарея развивает т.э.д.с, пропорциональную температуре рабочих спаев, а следовательно, и температуре объекта измерения. Градуировка пирометров производится при температуре корпуса 20±2 ⁰С, поэтому повышение данной температуры приводит к уменьшению перепада температур в термопарах приемника излучения и к появлению значительных дополнительных погрешностей. Так, при температуре корпуса 40 ⁰С дополнительная погрешность (при прочих равных условиях) составит ±4 ⁰С.

Рисунок 3.5 - Устройство приемника излучения телескопа ПСИ (а) и вид в окуляре взаимного расположения излучателя (объекта измерения температуры) и термобатареи; б - расстояние от телескопа до излучателя слишком велико; в – установка телескопа правильная; г - направление телескопа неправильное

Для снижения этой погрешности пирометры снабжаются компенсирующими устройствами: электрическим шунтом или биметаллической пружиной.

Устройство телескопа ПСИ, который включает: корпус 1; объектив 2 с линзой, устанавливаемой во втулке, ввинчиваемой в корпус; полевую диафрагму 3; чувствительный элемент 4, состоящий из блока термопар; окуляр 5, включающий линзу и защитное стекло; компенсационное медное сопротивление 6, шунтирующее термобатарею и обеспечивающее уменьшение влияния изменений температуры корпуса телескопа на показания ПИ; штуцер 7 для вывода соединительных проводов от термобатареи к вторичному прибору (или преобразователю).

Диафрагма, устанавливаемая в телескопе, ограничивает телесный угол визирования, что исключает влияние на показания размеров излучателя и его расстояния от пирометра. При этом на термобатарею попадает излучение только с определенного небольшого участка объекта измерения. Размеры этого участка определяются по показателю визирования, который является отношением наименьшего диаметра излучателя к расстоянию от объекта измерения до объектива телескопа. При этом изображение круга, вписанного в излучатель, полностью перекрывает отверстие диафрагмы 2, находящейся перед термобатареей. Телескопы с показателем визирования более 1/16 являются широкоугольными, при этом показателе равном или меньшем 1/16 - узкоугольными.

ПСИ имеет меньшую точность по сравнению с другими пирометрами. Методические погрешности измерения температуры при использовании ПСИ возникают: вследствие значительной ошибки определения интегральной степени черноты , из-за неправильной наводки телескопа на излучатель, Из-за влияния излучения кладки (измерение температуры в печах) и из-за поглощения энергии водяными парами SO₂ и СO₂, содержащихся в слое атмосферы, находящейся между излучателем и пирометром. Вследствие последней причины оптимальным считается расстояние 0,8-1,3 м.

ПСИ измеряют температуру в интервале от 100 до 2500 ⁰С. Основная допустимая погрешность технических промышленных пирометров возрастает с увеличением верхнего предела измерения: при температуре 1500 °С он составляет ±15 ⁰С, при 2000 °С - ±20 ⁰С, при 2500 °С - ±25 ⁰С.