Файл: Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов.pdf

та контролируют лишь часть его в диапазоне длин волн, огра­ ниченном спектральной характеристикой чувствительности фото­ элемента. Суммарный световой поток, контролируемый пирометрами частичного излучения, достаточно велик (свето­ фильтры здесь не используются), поэтому усилители-преобразо­

альных тел отсутствуют данные о всех значениях спектрального

частичного излучения в системе регулирования этот недостаток существенного значения не имеет.

На рис. 15,а показана фунциональная схема пирометра ча­ стичного излучения типа АРС-52У. Протекающий по фотоэле­ менту Ф типа СЦВ-3 фототок дает на включенном последова­ тельно с ним резисторе падение напряжения, которое усили­ вается двухкаскадным ламповым вольтметром. Между анодами выходной лампы включен гальванометр ИП на 500 мка, шкала которого отградуирована в температурном диапазоне 900— 2500° С. Прибор имеет регулирующий узел, выполненный на базе двухпозиционного регулятора температуры типа МРЩПр-54.

тектора подается на ламповый усилитель мощности постоянного тока. В анодной цепи выходной лампы включена лампа накали­ вания Л. Ток накала этой лампы изменяется до тех пор, пока поток излучения ее не становится равным контролируемому по­ току. При этом напряжение, падающее на катодном резисторе RK лампы и пропорциональное яркостной температуре, контро­ лируется вольтметром ИП и может быть подано на регистриру­ ющий прибор БП-102. Метод сравнения двух потоков излучения при измерении температуры обеспечивает почти линейную зави­ симость тока накала эталонной лампы от температуры и позво­ ляет исключить зависимость показаний от изменения чувстви­ тельности фотоэлемента, нестабильности коэффициента усиления усилителя и температуры окружающей среды.

Ц в е т о в ы е п и р о м е т р ы . Для рассмотрения метода из­ мерения цветовой температуры обозначим через Ашах длину вол­ ны, соответствующую при данной температуре Т максимально­ му излучению, тогда

hmaxT = 0,2896 см • град.

Отсюда следует, что максимум излучения с ростом темпера­ туры смещается в сторону более коротких длин волн спектра (закон смещения). Отношение монохроматических интенсивностей излучения для двух длин волн Ki и К2, которое для каждой температуры различно и однозначно, может служить критерием истинной температуры тела. Наиболее часто берут синюю и крас­ ную области спектра (метод красно-синего отношения). По­ скольку цветовая температура измеряется как отношение двух потоков излучения, погрешность измерения здесь не зависит от расстояния до объекта, размеров и состояний излучающей по­ верхности и оптики пирометра. Меньше также и методическая ошибка измерения, так как большинство реальных тел может быть отнесено к так называемым серым телам, характеризую­ щимся тем, что у них коэффициенты испускательной способно­ сти зависят только от температуры и не зависят от длины волны. Для тел с серым излучением цветовая температура совпадает с истинной.

Связь цветовой температуры Тч, измеренной с помощью цве­ тового фотоэлектрического пирометра, с истинной температурой Т„ определяется выражением

і1

Простейший цветовой пирометр можно изготовить из двух эмиссионных фотоэлементов (сурьмяно-цезиевого и кислородно-

цезиевого), двух электронных ламп или транзисторов и изме­ рительного прибора. Благодаря резкому различию характери­ стик спектральной чувствительности фотоэлементов необходи­ мость в светофильтрах отпадает. Фотоэлементы включаются последовательно и образуют делитель напряжения, средняя точка которого подключена ко входу усилителя. При одинаковой освещенности фотокатодов обоих фотоэлементов, что легко до­ стигается при значительном расстоянии до контролируемого объекта, потенциал на входе усилителя зависит только от отно­ шения световых потоков.

Однако оптимальной для цветового пирометра является структура одноканальная, при которой на один и тот же фото­ элемент с помощью оптико-механического коммутатора пода­ ются поочередно два монохроматических излучения, выделяе­ мых красным и синим светофильтрами. В качестве чувствитель­ ных элементов пирометров можно использовать эмиссионные фотоэлементы и фоторезисторы, последние позволяют охватить измерениями и инфракрасную область излучения при темпера­ турах ниже 800°С. Однако они инерционны. Перспективно при­ менение фотодиодов, которые и безынерционны и имеют крас­ ную границу далее 2,0 мкм. Как показали исследования, они удовлетворяют почти всем требованиям [52, 24].

Отечественной промышленностью серийно выпускается цве­ товой пирометр ЦЭП-3 для диапазона температур 1400—2800° С [37]. Его функциональная схема показана на рис. 15,г. Модуля­ ция светового потока осуществляется обтюратором С1-С2, поло­ вина которого прикрыта синим, половина — красным свето­ фильтрами, благодаря чему на фотоэлемент поочередно посту­ пают пачки световых импульсов с длинами волн Яі и A#. Сигнал с нагрузки фотоэлемента поступает на резонансный усилитель, затем детектируется и подается через коммутатор К на две рамки логометра Г. Поскольку переключение контактов комму­ татора происходит синхронно с вращением обтюратора, на одну рамку логометра поступает всегда ток, пропорциональный све­ товому потоку с длиной волны Хі, на другую — с длиной вол­ ны Яг. Отношение сил токов, которое измеряет логометр, и есть цветовая температура. Существенным недостатком описанных одноканальных цветовых пирометров является наличие в них громоздких и недостаточно надежных оптико-механических ком­ мутаторов.

Для контроля сварочных процессов лучше всего подходят цветовые приборы. Они точны (до ± 1 % ) и малочувствительны к появлению окисной пленки на поверхности разогретого метал­ ла, не так сильно (как яркостные пирометры) реагируют на по­ вышение излучения при уменьшении температуры, связанное с проявлением кристаллической структуры при затвердевании зеркала расплавленного металла или сплава. На работу цвето­ вых пирометров слабо влияют поглощающие свойства среды,