Пирометры частичного излучения

К данному типу пирометров, измеряющих яркостную температуру объекта, относятся монохроматические оптические пирометры и фотоэлектрические пирометры, измеряющие энергию потока в узком диапазоне длин волн.

Оптические пирометры. Принцип действия оптических пирометров основан на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры (закон Планка).

Схема оптического пирометра с "исчезающей" нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркостей объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Изображение излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется на плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6, линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы.

Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Вели яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити, она будет выглядеть как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркостей излучателя и нити, последняя "исчезает" из поля зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы.

Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой, что позволяет производить считывание результата измерения в ⁰С. Красный светофильтр 7 пропускает область с шириной около 0,01 мкм и с эффективной длиной волны 0,65 мкм.

Рисунок 3.6 - Схема оптического пирометра с исчезающей нитью

В лампе накаливания применяется вольфрамовая нить, которая при высоких температурах начинает интенсивно испаряться. Поэтому для сохранения стабильной градуировки пирометра, осуществляют нагрев лампы только до яркостной температуры 1400-1500 ⁰С, а при измерении более высоких температур яркость излучателя ослабляют с помощью поглощающего стекла 3, устанавливаемого между объектом и лампой.

Существуют конструкции оптических ПИ, в которых в процессе измерения температуры накал лампы поддерживается постоянным, а варьируется с помощью поглощающего клина, расположенного между лампой и объектом, видимая яркость последнего. Поглощающий клин имеет плавно изменяющийся в зависимости от его перемещения коэффициент пропускания. Таким образом яркостная температура определяется через угол поворота клина: шкала его перемещения проградуирована в градусах соответствующей условной температуры. Данная конструкция оптического ПИ имеет меньшую точность, чем пирометры с "исчезающей" нитью (с лампой переменного накала). Данный тип пирометров позволяет измерять температуры, в широком интервале от 800 до 10000 ⁰С. Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 1200-2000 ⁰С основная допустимая погрешность измерения составляет ±20 ⁰С. На точность измерения влияет неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а также за счет отражения посторонних лучей. Максимальное расстояние до измеряемого объекта обычно ограничивают 5- 6 м, минимальное расстояние не должно быть менее 0,7 м.

Фотоэлектрические пирометры данного типа обеспечивают автоматическое непрерывное измерение и регистрацию температур. Их принцип действия основан на использовании зависимости интенсивности излучения в узком интервале длин волн спектра. В качестве приемников в данных устройствах используются: фотодиоды, фотосопротивления, фотоэлементы и фотоумножители.

Фотоэлектрические ПЧИ делятся на две группы: 1) пирометры, в которых мерой температуры объекта является непосредственно величина фототока приемника излучения; 2) пирометры, которые содержат стабильный источник излучения, причем фотоприемник служит лишь индикатором равенства яркостей данного источника и объекта.

ПЧИ первой группы имеют простую конструкцию. Поток от объекта с помощью линзы и диафрагмы фокусируется на приемной площадке приемника излучения, в качестве которых в основном используются германиевые (спектральный диапазон 0,8-1,8 мкм) и кремниевые (0,5-1,1 мкм) фотодиоды, причем последние измеряют более высокие температуры. В цепь фотодиода, работающего в генераторном режиме, последовательно включается сопротивление нагрузки. Вторичный измерительный преобразователь обеспечивает получение усиленного нормированного выходного сигнала и его передачу на быстродействующий регистрирующий прибор или в АСУ ТП. Данные пирометры характеризуются малой инерционностью и высокой надежностью в работе.

Пределы измерения от 450 до 2500 °С и выше. Основная допускаемая погрешность ±0,6 %.

При использовании в качестве приемника излучения фотосопротивлений с эффективными длинами волн в интервале 2,2-3,43 мкм (2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 3,43) ПЧИ позволяют контролировать температуру в интервале от 50 до 1400 ⁰С с максимальной основной погрешностью 1,0-2,5 %. Стационарные ПЧИ фотодиодного типа имеют небольшие габариты (диаметр корпуса 25 и 50 мм, длина 195 и 275 мм). Показатель визирования колеблется от 1/25 до 1/300. Приемник излучения термостатирован. Температура термостатирования (48 ⁰С) регулируется с помощью специального транзистора вторичным измерительным преобразователем.