- •3.Приборы контроля и управления технологическими процессами нгк
- •3.1. Приборы для контроля температуры.
- •3.1.4. Термометры излучения.
- •3.1.5 Термометры сопротивления
- •3.2. Приборы для измерения давления
- •3.3.Анализаторы состава и свойств.
- •Газоанализаторы.
- •3.3.1.1.Термокондуктометрические газоанализаторы.
- •3.3.1.2. Термомагнитные газоанализаторы.
- •3.3.1.3. Электрохимические газоанализаторы.
- •3.3.1.4. Плазменно-ионизационные газоанализаторы.
- •3.3.1.5. Фотоколориметрические и денсиметрические газоанализаторы.
- •3.3.1.6. Хроматографы.
- •3.3.1.7. Влагомеры (гигрометры).
- •3.3.2.1. Кондуктометры.
- •3.3.2.3. Плотномеры жидких сред.
- •3.4. Приборы для измерения уровня.
- •3.4.1. Поплавковые уровнемеры.
- •3.4.2. Гидростатические уровнемеры.
- •3.4.3. Ультразвуковые уровнемеры.
- •3.4.4. Радарные уровнемеры.
- •3.4.5. Емкостные уровнемеры.
- •Приборы для измерения расхода.
- •3.4.2. Электрозвуковые расходомеры.
- •3.4.3.Вихревые расходомеры.
- •3.4.4. Расходомеры переменного перепада давления на сужающем устройстве.
- •3.4.5. Тепловые расходомеры.
- •3.4.6. Расходомеры скоростного напора (скоростные или турбинные)
3.1.4. Термометры излучения.
Необходимость в точных бесконтактных измерениях высоких температур возникает во многих случаях, особенно в металлургии. Такие случаи имеют место:
- при перемещении материала, температуру которого необходимо измерить;
- при необходимости измерения температуры в условиях, недопустимых для обычных контактных методов контроля температуры (запыленность, сильное электромагнитное излучение);
- значение температуры превышает высшие границы контактных датчиков (2500 0С).
Наибольшее применение в качестве бесконтактных средств контроля температуры получили так называемые пирометры излучения. Некоторые сведения из теории теплового излучения.
Зависимость интенсивности теплового излучения абсолютно черного тела от его температуры определяется уравнением Планка:
, 3.1
где - первая постоянная излучения; - вторая постоянная излучения;
постоянная Планка; постоянная Больцмана; скорость света в вакууме; абсолютная температура, ; длина волны излучения.
При малых значениях получаем формулу Вина:
3.2
при погрешность отклонения от уравнения Планка не превышает
Приняв, проинтегрировав уравнение Планка, получим уравнение Стефана-Больцмана:
3.3
где постоянная Стефана-Больцмана.
Интенсивность излучения любого физического тела будет меньше интенсивности излучения абсолютно- черного тела: где степень черноты тела;
Излучательная способность зависит от температуры тела, от состояния поверхности и угла визирования.
В технике бесконтактного измерения высоких температур получили распространение:
- яркостные (оптические) пирометры;
- пирометры суммарного и частичного излучения;
- пирометры спектрального отношения.
В качестве приемников излучения применяются фотосопротивления, фотодиоды.
Как действуют яркостные пирометры?
При излучении в узком спектре длины волн температура тела определяется величиной его
спектральной яркости. Соотношение между яркостной температурой и действительной температурой определяется соотношением:
3.4
где монохроматический коэффициент черного тела.
Для измерения яркостных температур используется одна из длин волн в диапазоне 0,6…1.5 мкм.
Пирометры суммарного излучения (радиационные пирометры) используют уравнение
Стефана-Больцмана для абсолютно-черного тела. Для реального тела радиационной температурой
называется температура абсолютно-черного тела, интенсивность теплового излучения которого
во всем диапазоне длин волн такая же, как и у реального тела. С учетом того, что получим 3.5
где действительная температура реального тела; степень черноты тела. Радиационная температура , измеренная по интенсивности суммарного излучения нечерного тела, всегда меньше действительной (истинной) температуры : ( < ).
Приведенная зависимость = соблюдается хорошо для зеркальной оптики. Применение линзовой (не зеркальной) оптики приводит к ограничению спектрального диапазона,
что превращает радиационные пирометры в пирометры частичного излучения. Для любого параметра частичного излучения для каждого конкретного материала можно подобрать показатель
корня. Зависимость радиационной и действительной температурами выражается соотношением
3.6
где для конкретного материала линзы пирометра (для кварцевого стекла n =4,3);
фактическая степень черноты тела в ограниченном спектральном диапазоне.
Температурой частичного излучения называется температура абсолютно-черного тела, при которой интенсивность его теплового излучения в интервале длин волн , формирует
выходной сигнал пирометра такой же величины, как ирреальный объект при его действительной
температуре. В пирометрах частичного излучения, как правило, используется средняя или инфракрасная области спектра.
Пирометры спектрального отношения.
Зависимость спектральной энергетической яркости от температуры используется в пирометрах спектрального отношения.
Температура спектрального отношения (цветовая температура) это температура абсолютно-черного тела, при которой отношение интенсивности излучения в участке спектра с эффективными длинами волн такое же, как и у реального тела.
Таким образом, цветовая температура связана с действительной температурой реального
тела соотношением:
После замены их значениями по формуле Вина (3.2) и логарифмирования полученного выражения зависимость между действительной и температурой спектрального отношения примет вид: 3.7
Для серых излучателей правая часть обращается в нуль и, значит, .
Примером серого излучателя может служить графит
Принципиальная схема пирометра спектрального отношения, реализующая метод измерения
Отношения двух потоков излучения на длинах волн , включает два пирометра и схему обработки двух сигналов для вычисления значений температуры по величине отношения сигналов.
Чувствительность пирометра тем выше, чем больше расстояние между областями спектральной чувствительности, то-есть, чем меньше больше . Однако этот интервал не должен быть слишком велик, чтобы не стала сказываться неравномерность спектра излучательной способности.
У большинства пирометров спектрального отношения ширина спектрального диапазона составляет около 0,2 мкм (0,45…0,65мкм, 0,65…0,88мкм, 0,88…1,03мкм и др.). Наведение на объект измерения осуществляется с помощью оптического прицела, специального осветителя или
лазерного луча.
Из ведущих зарубежных фирм, выпускающих пирометры излучения, можно назвать: - Land
Instruments International Ltd (Англия); - Micron (США); -Raytek (США-Германия); -Siemens (Германия);- Impac(Германия); Heitronics (Германия) ; - OPTEX(Япония) и др.
Среди отечественных производителей пирометров отметим: - «Инфратест» (Екатеринбург),
-КБ «Диполь»(Москва), -«ТЕХНО-АС»(Коломна), - ННТП «Термоконт»(Москва).