ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 0
8. Цветовые пирометры
В промышленных приборах находится отношение так называемое спектральной энергетической яркости (излучение определенной длины волны, или яркости) реального тела с двумя заранее выбранными значениями длины волны. Для каждой температуры T это отношение неодинаково, но вполне однозначно. Действие большей части конструкций основано на определении цвета нагретого тела по отношению яркостей для не очень близких одна к другой двух длин волн в видимой части спектра.
Измеряемое излучение через защитное стекло и объектив попадает на фотоэлемент. Между ним и объективом установлен вращаемый синхронным двигателем обтюратор. Последний выполнен в виде диска с двумя отверстиями, закрытыми красным и синим светофильтрами. Tаким образом, при вращении обтюратора на фотоэлемент попеременно попадают излучения разной интенсивности. Предварительно усиленный переменный ток, напряжение которого пропорционально соответствующим интенсивностям излучения, преобразуется электронным логарифмическим устройством в постоянный ток силой, зависящей от 1/Т. Сила выходного тока устройства определяется показывающим или регистрирующим милливольтметром. Пределы измерений 1400-25000C; погрешность не превышает ±1% от верхнего предела.
Как известно, при повышении температуры абсолютно черного тела его лучистая энергия перераспределяется по длинам волн спектра (рис. 3), причем максимум излучения смещается в направлении малых длин волн (следствием этого является изменение цвета тела при изменении его температуры).
|
|
|
Рисунок 3 - График, иллюстрирующий смещение максимумов спектрального излучения в сторону коротких волн при увеличении температуры тела. |
Зависимость спектрального распределения энергии излучения черного тела от его температуры Т может быть выражена с помощью следующего уравнения:
,
где
- длина волны, соответствующая максимальной
интенсивности излучения при данной
температуре Т.
Ввиду этого соотношение интенсивностей излучения при двух длинах волн будет определенным образом изменяться в зависимости от величины температуры.
Таким
образом, по соотношению монохроматических
яркостей при двух длинах волн
и
может быть определена истинная температура
черного тела. Для нечерных тел по
соотношению двух монохроматических
яркостей может быть определена не
истинная температура тела, а так
называемая «цветовая» температура,
отличие которой от истинной зависит от
значений коэффициентов черноты тела
и
.
Термин «цветовая» температура имеет
следующее определение: цветовой
температурой тела называется такая
температура черного тела, при которой
отношение спектральных яркостей его
излучения при двух длинах волн
и
равно отношению соответствующих
спектральных яркостей нечерного тела.
В
цветовых пирометрах с помощью
фотоэлектрических чувствительных
элементов, включенных в соответствующие
схемы, измеряется отношение потоков
монохроматического излучения в двух
участках спектра. Показания цветовых
пирометров в отличие от яркостных не
зависят от расстояния, размеров излучающей
поверхности и оптики пирометра. Цветовые
пирометры также обладают значительно
меньшими методическими погрешностями,
чем яркостные, вследствие того, что у
большинства реальных тел коэффициент
испускательной способности
не изменяется с длиной волны. Такие тела
называются серыми, и их цветовая
температура совпадает с истинной
температурой.
Связь между цветовой температурой Гц и истинной Тв определяется следующим выражением:
,
где
и
- испускательные способности тел при
длинах волн
и
.
В
том случае, если фотоэлектрические
приемники цветового пирометра
проградуированы по излучению черного
тела, полученные измерительные сигналы
пропорциональны соответствующим
яркостным монохроматическим температурам.
Зависимость между яркостными температурами
и
и
истинной температурой
выражается следующей формулой:
где
.
При
цветовом методе определения температуры
в основное уравнение входит отношение
коэффициентов черноты двух длин волн,
значение которого отличается большим
постоянством, чем сами коэффициенты, и
для серых тел равно единице. Таким
образом, для серых тел (
)
цветовая температура совпадает с
истинной. Для тел, у которых
возрастает с ростом длины волны (
),
цветовая температура меньше истинной.
Для тел, у которых
убывает с ростом длины волны (
),
цветовая температура больше истинной.
При измерении с помощью цветового пирометра температуры несерых тел для определения истинной температуры необходимо знать для объекта отношение испускательных способностей на соответствующих длинах волн. Если при измерении температур пламен не вносить требуемые поправки, то разность между цветовой и истинной температурами для всех видов не очень слабо светящихся пламен будет иметь величину порядка десятков градусов, в то время как разница между яркостной и истинной температурами составляет сотни градусов.
Таким образом, в случае применения цветового метода измерения температуры значительно уменьшается поправка на неполноту излучения по сравнению с яркостным методом и практически отсутствуют погрешности, связанные с геометрией поверхности и изменением расстояния от пирометра до объекта. Уменьшается также влияние на результат измерения неселективного поглощения промежуточной средой.
Методическая точность измерения цветового метода существенно зависит от свойств объекта и в оптимальном случае составляет 3 - 4%.
Измерительные схемы цветовых пирометров могут быть выполнены одноканальными и двухканальными. В случае применения одноканальной схемы два различных монохроматических световых потока с помощью оптического коммутатора попеременно подаются на один фотоэлектрический приемник. Одноканальный принцип измерения повышает стабильность характеристик прибора при снижении требований к постоянству характеристик элементов схемы, а также к постоянству напряжения питания. При изменении характеристик элементов схемы или величины напряжения питания в одноканальном цветовом пирометре происходит одновременное изменение величин сигналов, соответствующих различным спектральным яркостям, и вследствие этого показания прибора не изменяются. Однако введение в измерительную цепь оптического коммутатора несколько снижает динамические качества прибора.
|
|
|
Рисунок 4 - Структурные схемы цветовых пирометров. Т1, Т2 - светофильтры; Ф - фотоэлемент; 3 - зеркала; К – оптический коммутатор; Об - обтюратор; У - усилитель; УП - усилитель-преобразователь; ПС - пересчетная схема; Г - генератор; РП – регистрирующий прибор. |
