Современные пирометры и их применение

Современные пирометры и их применение!

 

      Доклад Елизарова А.С.

на форуме Главных Механиков 2008 г.

 

 В докладе рассмотрены следующие вопросы:

  1. Современные  пирометры
  2. Типы пирометров
  3. Влияние среды пропускания
  4. Излучительная способность поверхности объектов
  5. Пирометры спектрального отношения. Принцип действия и особенности применения.

 

1. Современные пирометры

Между температурой объекта и мощностью излучаемой им энергии существует сложная зависимость, которая в упрощенном виде выражается формулой W=ET 4, от куда температура T=4.

Кроме того в пирометре необходимо учесть внутреннюю температуру и установить E. Потом всю информацию обработать и выдать результат в виде температуры объекта. Без микропроцессора приборы получались сложными, громоздкими труднонастраевымыми с многочисленными регулировками.

Современные высокоточные и компактные пирометры появились после того, как появились микропроцессоры  и стали легко доступными и недорогими. Советская промышленность начала серийный выпуск «однокристальных ЭВМ» примерно в 1987 году.

Примерно через 10 лет появились первые отечественные пирометры на основе микропроцессоров.

 

2. Типы пирометров

Подавляющее большинство пирометров имеющихся на украинском рынке – это оптические пирометры частичного излучения. Оптические системы этих пирометров имеют фильтры пропускающие не всё излучения от объекта, а только часть. Отсюда и название пирометров. Если прибор воспринимает все длинны волн он называется «пирометр полного излучения». Намного реже встречаются пирометры спектрального отношения, которые намного сложнее и дороже, но зато их можно назвать автоматическими  т.к. они автоматически учитывают излучательную способность поверхности объекта и могут измерять температуры объектов любой величины и формы, когда величина объектов меньше поля зрения прибора. Эти пирометры имеют несколько оптических каналов в которых используются разные участки спектра.   Температура в них вычисляется  исходя из отношения сигналов в каналах. Отсюда и название – «Спектрального отношения».

 3. Влияние среды пропускания

Все, что находится между измеряемым объектом и пирометром, назовем средой пропускания.

На рис.1 представлена спектрограмма пропускания атмосферы. На спектрограмме видно, что при прохождении лучей через слой атмосферы они ослабляются неравномерно, т.е. ослабление излучения зависит от длины волны. Участки спектра в которых излучение поглощается мало называются окна прозрачности атмосферы. Чаще всего именно эти участки спектра используются при формировании спектрального диапазона в пирометрах.

На рисунке (рис.1) также видно, что в основном излучение поглощает вода и углекислый газ. Но если в пирометре использовать спектральный диапазон совпадающий с окнами прозрачности, то такими пирометрами можно измерять температуру объекта через слой воды. Тоже относится и к газам в газовых печах. Газ без копоти не влияет на результат измерения.

В металлургии и др. отраслях промышленности часто используют вакуумные печи. В них температуру объекта измеряют через окна, закрытые кварцевым стеклом. Измерение возможно через любое стекло, пропускающее волны измеряемые пирометром.

 

4. Излучательная   способность поверхности объектов

На рис.2 видно, что различные материалы имеют различные коэффициенты излучения (E). Кроме того коэффициент излучения каждого материала зависит от длины волны (λ).

Как известно, в пирометрах частичного излучения, необходимо установить вручную излучательную способность(E). Хорошо, если она известна. Кроме того различные пирометры (фирмы) могут использовать различные участки спектра. Тогда таблица от одного прибора не подходит для другого прибора. Излучательную способность в таком случае определяют опытным путем, используя контактные термометры или пирометры спектрального отношения (автоматы), на показания которых E не влияет.

Именно излучательная способность объектов – источник большинства неприятностей и недоразумений при использовании пирометро. А проблема заключается в том, что по ГОСТу все пирометры должны поверятся на АЧТ (абсолютно черное тело), у которого  E≈1, а измерение проводят на самых различных объектах с неизвестной E.

Например Eполированного алюминия 0,05.

 

 5. Пирометры спектрального отношения. Принцип действия и особенности применения.

Само название - “спектрального отношения”, заключает в себе главную идею, реализованную в пирометрах данного типа. Рассмотрим принцип действия всех пирометров спектрального отношения (ПСО).

Приборы ПСО имеют две главные особенности. Первая – приборы ПСО обязательно используют два или больше спектральных диапазонов. Эти спектральные диапазоны формируются оптическими фильтрами. Вторая особенность - в приборах вычисляется отношение сигналов, при этом величины самых сигналов не имеют значения. Закон Планка гласит: отношение мощностей  (W) излучения в двух спектральных диапазонах (Δλ), для конкретной температуры, величина постоянная. Основная формула по которой происходит вычисление температуры: t0C= F(W1/W2). Например температура объекта 1000 0С и отношение сигналов двух каналов  = 1,000. Если заслонить 50% поля зрения прибора, то одновременно упадет сигнал в каналах (W1 и W2), а величина отношения  не изменится т.е.=. Таким образом прибор ПСО опять покажет 1000 0С. Не зависимо от размеров и формы объектов (проволока, сетка, труба и т.д.) при t0 объекта 1000 0С прибор ПСО покажет 1000 0С. При этом величины сигналов в каналах могут меняться, а отношение нет, т.к. синхронно меняется числитель и знаменатель.

Температурный диапазон – один из важнейших показателей пирометров. Подавляющее большинство пирометров спектрального отношения измеряют температуры выше 600 0С, а ниже не меряют. С чем это связано? Причина в том, что в этих пирометрах используют датчики работающие на длине волны около 1 микрометра (мкм) и при низких температурах (например 3000С) сигнал от объекта крайне мал.

Какой выход из положения?

Если рассмотреть графическое изображения закона Планка рис.3 (закон спектрального распределения мощностей излучения), то можно увидеть, что при низких температурах необходимо использовать большую длину волны. Для этого нужны другие датчики, использование которых дороже и к тому же приведет к увеличению габаритов прибора. Возрастает себестоимость приборов. Уменьшается спрос.

Несмотря на то, что пирометры спектрального отношения автоматически учитывают излучательную способность объекта (E), при измерении температуры некоторых объектов приходится вводить поправку. Поправочный коэффициент называется коэффициент отношения коэффициентов излучения в каналах. Он равен: К= E1/ E2. Необходимость введения этого коэффициента коррекции обусловлена тем, что коэффициент излучения некоторых объектов имеет наклон по длине волны (см. рис.2), который прибор сам учесть не может. Вторая причина, - неравномерная спектральная характеристика стекла, через которое производится измерение температуры объекта.

Особенности практического применения пирометров спектрального отношения рассмотрим на примере пирометра ДПР1, разработанного и выпускаемого СКТБ Физического приборостроения Института физики НАН Украины, г. Киев.

Пирометры спектрального отношения ДПР1 имеет следующие основные характеристики:

 

Ø      диапазон измеряемых температур,  0С: 300-3000

Ø      точность измерения,                          0С: ±5

Ø      коэффициент визирования:              30÷100

Ø      время измерения, сек:                       0,2

 

В принципе температуру объектов с известной E и размером больше, чем поле зрения прибора можно мерять любым пирометром. Но существует множество объектов, температуру которых можно померять только пирометром спектрального отношения. Ниже приводятся ряд примеров практического использования ДПР1.

 

Ø      алюминиевый прокат (≈5000С);

Ø      алюминиевый профиль, выходящий из диструктора;

Ø      струя алюминия из печи;

Ø      двигающаяся на прокатном станке проволока;

Ø      там же, витки провода с переменным количеством;

Ø      арматура различного сечения летящая по жёлобу (≈4700С);

Ø      струя метала, всё время меняющаяся по ширине;

Ø      измерение температуры через щель между витками индуктора;

Ø      индукторный нагрев кромки движущейся детали;

Ø      измерение температуры мелких заготовок, через стекло, в вакууме;

Ø      измерение температуры нити накала лампы (до 30000);

Ø      Температура сварочного шва; и т.д.

 

Во всех приведенных примерах измерение температуры возможно только пирометрами спектрального отношения, по двум причинам. Первая – это изменяющийся во время измерения коэффициент излучения (E). Например алюминиевый прокат местами блестит, местами матовый и при этом движется. Вторая причина – это изменяющиеся во время измерения размеры объекта, например струя метала или всё время разное количество витков провода попадающее во время движения в поле зрения прибора.

За каждым из приведенных примеров стоит реальная ситуация, сложившаяся на одном из заводов или комбинатов Украины.


Просмотров: 3615
2010-09-01


Похожие статьи

Как правильно рассчитать длительность горения котла
Промышленность Оборудование
Многие производители в характеристиках своих котлов указывают огромные сроки работы котла на одной загрузке, покупатели ведутся на такие рекламные капканы но в процессе эксплуатации сталкиваются с тем что котлы не работают заявленное время . Так же на длительность горения одной закладки влияет калорийность топлива , влажность и КПД котла.В этой статье мы поможем разобраться с весом загруженного топлива и длительность работы котла на этом топливе. Для примем объем загрузочной камеры(топки) котла . . .
2016-09-24 07:29:12
Лебедка маневровая ЛМ-71
Промышленность Оборудование
Лебедка маневровая ЛМ-71 с электрическим приводом предназначены для подтягивания железнодорожных полувагонов грузоподъемностью 63-125 т. на погрузочных пунктах, производительностью 2000-4000 т/сутки. Может применяться для вспомогательных работ, связанных с перемещением грузов по горизонтальному пути. Даже если у вас уже есть тепловоз, мотовоз, локомобиль или автопогрузчик, который Вы используете для перемещения железнодорожных вагонов, то двигать вагоны при помощи лебедки все равно намного деше. . .
2016-09-07 12:24:00
Лабораторное оборудование для предприятий угольной отрасли
Промышленность Оборудование
Внимание для угольщиков)Приборы для лабораторий угольной промышленностиДробилка щековая ЩД-6, ЩД-10 Вибрационная мельница ВКМД 6, ВКМД-10 Истиратель ИД, вибропривод ВП30Т Сито разборное, сита лабораторные пробивные, сетка Анализатор серы, делитель проб ДП Муфельная печь СНОЛ 7,2/1100 Калориметр С 200 Сушильный шкаф СНОЛ 67/350 Весы аналитические AS 220/R2, ANG 200c Весы-влагомеры МА 50 Весы лабораторные ВК 300, ТВЕ-0,5, ФЕН 300 Весы общего назначения ВДЛ-3кг, ВТНЕ-6н Термометры ТЛ, химпосуда в . . .
2016-05-29 13:13:25
Насосные группы AFRISO PrimoSol 130-4 без насоса для солнечных систем
Промышленность Оборудование
Насосные группы - основной элемент в работе солнечных установок.Правильный выбор насосной группы - это залог продуктивной и качественной работы ваших солнечных коллекторов. В своем ассортименте AFRISO имеет  насосную группу PrimoSol 130-4 для солнечных систем. Её преимущества: Высокая энергоэффективность (насос с частотным регулированием); Предварительно смонтированный, проверенный на герметичность и теплоизолированный узел; . . .
2016-04-05 13:54:13