|
|
Бесконтактные методы измерения температуры
При температуре выше 2730С всякое тело испускает электромагнитное излучение, которое зависит от температуры и оптических свойств этого тела. При комнатной температуре (Т = 300 К), тепловое излучение тел происходит в инфракрасном диапазоне длин волн (λ =10 мкм), недоступным зрительному восприятию глаза. С увеличением температуры светимость тел быстро возрастает, а длины волн смещаются в более коротковолновую область. Если температура достигает тысяч градусов, то тела начинают излучать в видимом диапазоне длин волн (λ = 0.4 - 0.8 мкм).
Рис. 1 Шкала электромагнитных волн: 1 ГГц=103 МГц=109 Гц 1нм=10-3 мкм=10-9 м Под шкалой длин волн нанесена шкала соответствующих им частот колебаний v. Продолжая шкалу влево, мы переходим ко все более длинным волнам, т. е. ко все более низким частотам, пока не дойдем, наконец, до частоты v=0, т. е. до постоянного, не меняющегося со временем тока. Участки, на которых волны перекрывают друг друга означает, что эту волну, можно получить разными способами: посредством электрических колебаний, и тепловым способом, т. е. при излучении нагретого тела. Еще не так давно на шкале электромагнитных волн не было таких перекрываний, а, наоборот, имелись пробелы. В частности, был пробел между электромагнитным диапазоном (в узком смысле) и инфракрасными волнами. Электромагнитные волны были получены длиной до 6 мм (Лебедев), а тепловые — до 0,343 мм (Рубенс). Спектр видимого света делится по цветам:
Микроволно́вое излуче́ние, Сверхвысокочасто́тное излуче́ние (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (от 30 см — частота 1 ГГц до 1 мм — 300 ГГц). Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печах для термообработки металлов). Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных — рациях, сотовых телефонах (кроме первых поколений), устройствах Bluetooth, WiFi и WiMAX. Звуковой диапазон Диапазон 20 Гц —— 20 кГц · около 20 000 Гц — верхний порог слуха ребёнка (зависит от человека)
Бесконтактные методы не являются абсолютными, так как измерение температуры осуществляется по интенсивности теплового излучения, что и обуславливает наличие приборных погрешностей, искажающих результаты.
Бесконтактный метод используется в пирометрах. К параметрам, характеризующим поток излучения, относятся: абсолютное значение мощности этого потока и ее спектральное распределение. Приборы, в которых используются эти свойства волн называются пирометрами (энергетические и спектральные). К энергетическим относятся пирометры суммарного излучения (радиационные) и частичного излучения (яркостные или монохроматические), в которых осуществляется прием и измерение потока излучения в одном участке спектра. В пирометрах спектрального отношения (цветовых) используются два или более участков спектра. Таким образом, условием точного измерения температур поверхности с использованием пирометров является правильно выбранный диапазон измерения температур и спектральный диапазон, в котором возможно измерение температуры данного типа объектов. Реальная (истинная) температура объекта может отличаться от измеренной в 2–3,3 раза при неправильном учете коэффициента теплового излучения. Оптические пирометры с исчезающей нитью. В таких пирометрах нить лампы накаливания проектируется на фоне раскаленного тела.
Рис. 4. Нить пирометрической лампы на фоне раскаленного тела при температурах нити: а — ниже температуры раскаленного тела; б — равной температуре раскаленного тела; в — выше температуры раскаленного тела
Рис. 4. Схема оптического пирометра с исчезающей нитью переменного накала Уравнивание яркостей достигается обычно изменением силы тока в лампе. Радиационные пирометры Радиационные пирометры (суммарного излучения) определяют температуру тела по плотности интегрального излучения лучей всех длин волн, теоретически от
Схема приемника излучения с термобатареей из шести термопар. Рабочие концы термопар 2 расклепываются в форме Отдельных тонких секторов 4, зачерняются и располагаются в виде венчика. Поток лучистой энергии воспринимается площадью, диаметром, несколько большим диаметра зачерненных секторов. Свободные концы термопар привариваются к тонким металлическим пластинкам 1, прикрепленным к слюдяному кольцу 3 и находятся вне зоны лучистого потока. Слюдяное кольцо зажимается в металлическом корпусе. Температура свободных концов термопар близка к температуре корпуса. В современных радиационных пирометрах типа «Рапир» приемник излучения состоит из десяти термопар, собранных по схеме, изображенной на рис. 16. Металлический корпус с приемником излучения, оптической системой и другими дополнительными устройствами называют телескопом радиационного пирометра.
Цветовые пирометры пирометра типа ЦЭП-3. Поток излучения от измеряемого тела Т поступает через объектив Об и диафрагму Д к обтюрато Пирометром ЦЭП-3 можно измерять цветовые температуры в интервале 1400—2800°С. Весь этот интервал температур делится на поддиапазоны по 200—300°С, для каждого из которых используется свой обтюратор со специально подобранными комплектами цветовых и поглощающих фильтров. Шкала пирометров ЦЭП-3 условная. Для перевода на цветовую температуру пользуются специальными графиками для каждого поддиапазона измерения. Допустимая погрешность и вариация показаний не должны превышать 1 % от верхнего предела измерения соответствующего поддиапазона. В процессе эксплуатации за счет постепенного изменения спектральной чувствительности фотоэлемента, связанной с его старением, градуировка прибора изменяется, и необходимо примерно через каждые 30 суток ее корректировать. Поэтому при оценке погрешности измерения надо учитывать дополнительно величину погрешности образцовых или контрольных ламп, по которым градуируется и поверяется пирометр.
Рис. 2.23. Дифференциальный сильфонный манометр:
а – схема привода стрелки; б – блок первичного преобразования; 1 – «плюсовый» сильфон; 2 – «минусовый» сильфон; 3 – шток; 4 – рычаг; 5 – торсионный вывод; 6 – цилиндрическая пружина; 7 – компенсатор; 8 – плоскостный клапан; 9 – основание; 10 и 11 – крышки; 12 – подводящий штуцер; 13 – манжета; 14 – дросселирующий канал; 15 – клапан; 16 – рычажная система; 17 – трибко-секторный механизм; 18 – стрелка; 19 – регулировочный винт; 20 – натяжная пружина; 21 – пробка; 22 – уплотнительное резиновое кольцо
Внутренние объемы сильфонов, так же как и внутренняя полость основания 9, заполняются: жидкостью ПМС-5 для обычного и коррозионно-стойкого исполнений; составом ПЭФ-703110 – в кислородном варианте; дистиллированной водой – в варианте для пищевой промышленности и жидкостью ПМС-20 – для газового исполнения.
В конструкциях дифманометров, предназначенных для измерения давления газа, на шток одета манжета 13, движение среды организовано через дросселирующий канал 14. Регулированием размера проходного канала с помощью клапана 15 обеспечивается степень демпфирования измеряемого параметра.
Дифманометр работает следующим образом. Среды «плюсового» и «минусового» давления поступают через подводящие штуцеры в «плюсовую» и «минусовую» камеры соответственно. «Плюсовое» давление в большей степени воздействует на сильфон 1, сжимая его. Это приводит к перетоку находящейся внутри жидкости в «минусовый» сильфон, который растягивается и разжимает цилиндрическую пружину. Такая динамика происходит до уравновешивания сил взаимодействия между «плюсовым» сильфоном и парой – «минусовый» сильфон – цилиндрическая пружина. Мерой деформации сильфонов и их упругого взаимодействия служит перемещение штока, которое передается на рычаг и соответственно на ось торсионного вывода. На этой оси (рис. 2.23,а) закреплена рычажная система 16, обеспечивающая передачу вращения оси торсионного вывода к трибко-секторному механизму 17 и стрелке 18. Таким образом, воздействие на один из сильфонов приводит к угловому перемещению оси торсионного вывода и затем к повороту указательной стрелки прибора. Регулировочным винтом 19 с помощью натяжной пружины 20 производится корректировка нулевой точки прибора.
Пробки 21 предназначены для продувки импульсных линий, промывки измерительных полостей сильфонного блока, слива рабочей среды, заполнения измерительных полостей разделительной жидкостью при вводе прибора в работу. При односторонней перегрузке одной из камер происходит сжатие сильфона и перемещение штока. Клапан в виде уплотнительного резинового кольца 22 садится в гнездо основания, перекрывает переток жидкости из внутренней полости сильфона, и таким образом предотвращается его необратимая деформация. При непродолжительных перегрузках разность «плюсового» и «минусового» давления на сильфонный блок может достигать 25 МПа, а в отдельных типах приборов не превышать 32 МПа. прибор может выпускаться как в общетеническом, так и в аммиачном (А), кислородном (К), коррозионно-стойком-пищевом (Пп) исполнениях.
Достаточно широкое распространение получили приборы на основе мембран и мембранных коробок. В одном из вариантов (рис. 2.24) мембранная коробка 1, внутрь которой через подводящий штуцер держателя 2 поступает «плюсовое» давление, является чувствительным элементом дифманометра. Под воздействием этого давления смещается подвижный центр мембранной коробки.
1 – мембранная коробка; 2 – держатель «плюсового» давления; 3 – держатель «минусового» давления; 4 – корпус; 5 – передаточный механизм; 6 – стрелка; 7 – циферблат «Минусовое» давление через подводящий штуцер держателя 3 подается внутрь герметичного корпуса 4 прибора и воздействует на мембранную коробку снаружи, создавая противодействие перемещению ее подвижного центра. Таким образом «плюсовое» и «минусовое» давления уравновешивают друг друга, а перемещение подвижного центра мембранной коробки свидетельствует о величине разностного – дифференциального давления. Этот сдвиг через передаточный механизм передается на указательную стрелку 6, которая на шкале циферблата 7 показывает измеряемое дифференциальное давление.
Диапазон измеряемого давления определяется свойствами мембран и ограничивается, как правило, в пределах от 0 до 0,4…40 кПа. При этом класс точности может составлять 1,5; 1,0; 0,6; 0,4, а в некоторых приборах 0,25.
Обязательная конструктивная герметичность корпуса определяет высокую защищенность от внешних воздействий и определяется в основном уровнем IP66.
В качестве материала для чувствительных элементов приборов используется бериллиевая и другие бронзы, а также нержавеющая сталь, для штуцеров, передаточных механизмов – медные сплавы, коррозионно-стойкие сплавы, включая нержавеющую сталь. Приборы могут изготавливаться в корпусах малых (63 мм), средних (100мм), и больших (160 мм) диаметров.
Мембранные показывающие дифференциальные манометры (рис. 2.25-2.27), как и приборы с мембранными коробками, используются для измерения малых значений дифференциального давления. Отличительная особенность – устойчивая работа при высоком статическом давлении.
Рис. 2.25. Мембранные показывающие дифференциальные манометры с вертикальной мембраной: 1 – «плюсовая» камера; 2 – «минусовая» камера; 3 – чувствительная гофрированная мембрана; 4 – передающий шток; 5 – передаточный механизм; 6 – предохранительный клапан
Для сохранения работоспособности чувствительной гофрированной мембраны при превышении максимального допустимого статического давления предусмотрен открывающийся предохранительный клапан 6. Причем конструкции этих клапанов могут быть различны. Соответственно такие приборы не могут использоваться, когда не допускается контакт сред из «плюсовой» и «минусовой» камер.
Рис.2.26. Мембранный показывающий дифференциальный манометр с горизонтальной мембраной:1 – «плюсовая» камера; 2 – «минусовая» камера; 3 – входной блок; 4 - чувствительная гофрированная мембрана; 5 – толкатель; 6 – сектор; 7 – трибка; 8 – стрелка; 9 – циферблат; 10 – разделительный сильфон
Дифманометр с горизонтальной чувствительной мембраной показан на рис. 2.26. Входной блок 3 состоит из двух частей, между которыми устанавливается гофрированная мембрана 4. В ее центре закреплен толкатель 5, передающий перемещение от мембраны, через сектор 6, трибку 7 к стрелке 8. В этом передаточном звене линейное перемещение толкателя преобразуется в осевое вращение стрелки 8, отслеживающей на шкале циферблата 9 измеряемое давление. В этой конструкции применена сильфонная система вывода толкателя из зоны рабочего давления. Разделительный сильфон 10 своим основанием герметично закрепляется на центре чувствительной мембраны, а верхней частью также герметично прикрепляется к входному блоку. Такая конструкция исключает контакт измеряемой и окружающей сред.
Конструкция входного блока предусматривает возможность промывки или продувки «плюсовой» и «минусовой» камер и обеспечивает применение таких приборов для работы даже в условиях загрязненных рабочих сред. Двухкамерная система измерения дифференциального давления применена в конструкции прибора, показанного на рис. 2.27. Измеряемые потоки среды направляются в «плюсовую» 1
Рис.2.27. Мембранный двухкамерный показывающий дифманометр: 1 – «плюсовая» камера; 2 – «минусовая» камера; 3 – передающий шток; 4 – сектор; 5 – трибка; 6 – коромысло
и «минусовую» 2 рабочие камеры, основными функциональными элементами которых являются автономные чувствительные мембраны. Преобладание одного давления над другим приводит к линейному перемещению передающего штока 3, которое через коромысло 6 передается соответственно на сектор 4, трибку 5 и систему стрелочной индикации измеряемого параметра. Дифманометры с двухкамерной системой измерения используются для измерения малых дифференциальных давлений при высоких статических нагрузках, вязких сред и сред с твердыми вкраплениями. Принципиально иной показывающий дифманометр изображен на рис. 2.28. Поворотный магнит 1, на торце которого установлена стрелка 2, размещен в корпусе 3, выполненном из немагнитного металла. Магнитный поршень, уплотненный фторопластовым сальником 5, может передвигаться в рабочем канале 6. Магнитный поршень 4 со стороны «минусового» давления подпирает пробка 7, в свою очередь поджимаемая диапазонной пружиной 8.
Рис. 2.28. Дифманометр с магнитным преобразователем: 1 – поворотный магнит; 2 – стрелка; 3 – корпус; 4 – магнитный поршень; 5 – фторопластовый сальник; 6 – рабочий канал; 7 – пробка; 8 – диапазонная пружина; 9 – блок электроконтактов
Среда «плюсового» давления через соответствующий подводящий штуцер воздействует на магнитный поршень и сдвигает его вместе с пробкой 7 по каналу 6 до уравновешивания такого смещения противодействующими силами – «минусовым» давлением и диапазонной пружиной. Движение магнитного поршня приводит к осевому вращению поворотного магнита и соответственно указательной стрелки. Такой сдвиг пропорционален перемещению стрелки. Полное согласование достигается подбором упругих характеристик диапазонной пружины. В дифманометре с магнитным преобразователем предусмотрен блок 9, замыкающий и размыкающий соответствующие контакты при прохождении вблизи его магнитного поршня. Термины сенсор, датчик и преобразователь описывают различные аспекты измерительного прибора. Ниже приведены некоторые основные допустимые описания: Сенсор — Стандартное устройство с мембраной и электронными компонентами для формирования „сырого" сигнала. Преобразователь служит для усиления и преобразования первичного сигнала в удобный формат, например, 4-20 мА. Датчик— Сенсор с наиболее усовершенствованной электронной поддержкой, способный преобразовывать параметр процесса в аналоговый или цифровой формат и передавать его через аппаратные средства. Интеллектуальный датчик — Датчик с дополнительными функциями диагностики и измерения параметров. Установка, обслуживание Правильность установки средств измерения важна. Например, средства для измерения расхода должны устанавливаться на прямом отрезке трубопровода. Датчики для измерения давления обычно монтируются с клапаном-отсекателем, особенно в непрерывных процессах. Таким образом, датчики можно калибровать, ремонтировать или заменять, не прерывая процесс. В ситуациях, когда рабочий режим является периодическим, это не настолько критично, и устройство можно устанавливать непосредственно в поток. Участок трубы или трубопровода, ведущего к сенсору, называется импульсной линией и помогает в тех случаях, когда нет достаточного пространства для доступа к корпусу датчика. Импульсная линия должна иметь минимальные размеры; • Если в качестве технологической среды используется жидкость, следует стравить воздух;
• В высокотемпературной среде, в особенности при наличии пара, следует убедиться, что импульсная линия может выступать в качестве сифона.   Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
= 0 до 
Приемник интегрального излучения должен быть практически чувствительным ко всем длинам волн измеряемого участка спектра и выполняется обычно в форме тонкой металлической пластинки, покрытой сажей. Температура пластинки устанавливается в результате теплового равновесия между подводимым потоком лучистой энергии и теплоотводом от пластинки в окружающую среду. Температура пластинки обычно измеряется несколькими последовательно соединенными термопарами (термобатареей).
Рефлекторные оптические пирометры концентрируют лучистый поток с помощью вогнутого стального позолоченного зеркала 7. Концентрированный лучистый поток попадает на приемник излучения 3 со стороны, противоположной положению измеряемого тела относительно телескопа. Наводка на измеряемое тело осуществляется с помощью окуляра 4 со светофильтром 5 через отверстие в центре зеркала.
ру О, вращаемому электрическим двигателем ЭД со скоростью 50 оборотов в секунду. На обтюраторе установлены два комплекта цветных стеклянных светофильтров СФ и КФ, пропускающих узкие диапазоны длин волн, соответствующих эффективным длинам синих и красных волн. В результате на фотоэлемент Ф поочередно попадают лучи то синей, то красной эффективной длины. Образующиеся импульсы фототока разной величины преобразуются в электронном усилителе ЭУ в сигналы, пропорциональные логарифму отношения фототоков — функции значения цветовой температуры. Синхронный коммутатор СК позволяет усилителю ЭУ различать цвет входного сигнала. Результаты измерения фиксируются автоматическим потенциометром АП.
Рис. 2.24. Показывающий дифференциальный манометр на основе мембранной коробки:
Дифманометр с вертикальной мембраной (рис. 2.25) состоит из «плюсовой» 1 и «минусовой» 2 рабочих камер, разделенных чувствительной гофрированной мембраной 3. Под воздействием давления мембрана деформируется, в результате чего перемещается ее центр вместе с закрепленным на нем передающим штоком 4. Линейное смещение штока в передаточном механизме 5 преобразуется в осевое вращение трибки, и соответственно указательной стрелки, отсчитывающей на шкале прибора измеряемое давление.
• Если требуется, чтобы вывод данных осуществлялся в более удобном месте, следует удлинить кабель, а не импульсную линию;