Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

Электронные автоматические мосты предназначены для не­прерывного измерения, записи и регулирования температуры в комплекте с термометрами сопротивления стандартных граду­ировок. При наличии элемента дистанционной передачи вместо регулирующих элементов некоторые модификации приборов мо­гут осуществлять ^передачу на дублирующий прибор. Приборы выпускают одно- и многоканальные (см. табл. 7).

Поверка автоматических мостов и логометров осуществляется с помощью образцового магазина резисторов с ценой деления 0,01 Ом. Вместо термометра сопротивления на вход прибора под­ключается резистор из магазина. Согласно градуировочной ха­рактеристике каждому значению шкалы прибора соответствует определенное сопротивление. Измеряя сопротивление резистора из магазина, стрелку прибора точно устанавливают на цифровой отметке шкалы. Разность между стандартным значением и со­противлением образцового резистора из магазина определяет погрешность прибора.

в. БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Тела при нагреве до 500 °С испускают инфракрасные лучи, не воспринимаемые человеческим глазом. При дальнейшем повышении температуры тело начинает светиться сначала темно­красным цветом, а затем, по мере роста температуры, красным, оранжевым, желтым и, наконец, белым. С повышением темпера­туры тела возрастает также интенсивность монохроматического излучения и еще в большей мере — полное интегральное излуче­ние энергии. Приборы, предназначенные для контроля темпера­туры путем измерения энергии, излучаемой нагретым телом, на­зывают пирометрами. В зависимости от принципа работы разли­чают пирометры суммарного излучения (измеряется полная энер- гая излучения), частичного излучения (измеряется энергия участка спектра излучения, ограниченного фильтром) и спектрального отношения (измеряется отношение энергий фиксированных уча­стков спектра).

В основу пирометра первого типа положена зависимость между температурой тела и его суммарной энергией излучения. Полная энергия Е₀, излучаемая абсолютно черным телом, при температу­ре Т определяется выражением

Е₀ = <г₀7’⁴,

где о₀ — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м⁸- К⁴).

Радиационной температурой реального тела называется такая температура черного тела, при которой суммарная энергия излу­чения черного тела Е₀ равна энергии излучения реального тела Е, т. е.

---

Е₀ = Е

или

е_рО₀Гнет “ ОоТ⁴.

Отсюда

Т„С1 = Т V 1/е_р,

где Тис., — истинная температура реального тела; е_р — инте­гральная степень черноты тела, зависящая от температуры и фи­зико-химической природы тела.

К основным узлам радиационного пиромегра, являющегося измерителем полного излучения, относятся оптическая система и термочувствительный элемент — батарея термопар и измери­тельный прибор.

Радиационный пирометр РАПИР предназначен для измерения температуры в диапазоне +400 ... +2500 °С. Основным узлом прибора является телескоп ТЭРА-50 (рис. 60, а). Телескоп со­стоит из корпуса 1, внугри которого установлена линза-объектив 2, фокусирующая через диафрагму 3 поток лучистой энергии

Рис. 60, Телескоп ТЭРА-50 радиационного пирометра: а — конструкция; б — термочувствительный элемент

нагретого тела на термочувствительный элемент 4 (рис. 60, б). Диаграмма ограничивает телесный угол визирования, что исклю­чает влияние размеров нагретого тела и его расстояния до теле­скопа на показания.

Сигнал, преобразованный чувствительным элементом в термо- ЭДС, измеряется вторичным прибором, которым может быть по­тенциометр или милливольтметр. Для правильной наводки теле­скопа служит линза окуляра 5, установленная в крышке 6 теле­скопа. Там же установлен светофильтр 7, предназначенный для защиты глаза наблюдателя при наводке на тело, нагретое до вы­сокой температуры.

С помощью фланца 8 корпус крепится к защитной арматуре. В комплект защитной арматуры входят узлы воздушного и водя­ного охлаждения и калильные трубки, предназначенные для из­мерения температуры рабочего пространства топливных печей в случае сильной загрязненности и наличия пламени.

Чувствительный элемент выполнен из десяти хромель-копеле- вых термопар, соединенных последовательно, что позволяет зна­чительно повысить чувствительность прибора. Для лучшего по­глощения тепловой энергии к рабочим концам термопар припаяны зачерненные с лицевой стороны тонкие пластины из платиновой фольги. Свободные концы термопар приварены к тонким пласти­нам, с помощью которых термопары крепят на слюдяном кольце.

---

В зависимости от диапазона измеряемой температуры выпу­скают три типа телескопов (ТЭРА-50), отличающиеся друг от друга устройством чувствительного элемента. Кроме описанной выше конструкции в качестве чувствительного элемента исполь­зуют батареи миниатюрных термометров сопротивления или раз­личные полупроводниковые фоторезисторы.

На показания радиационных пирометров оказывает влияние поглощение лучистой энергии водяными парами и углекислым газом, которые имеются в воздухе. Поэтому оптимальным счи­тается расположение пирометра на расстоянии 0,8—1,3 м от объ­екта измерения.

Радиационные пирометры применяют для автоматического кон­троля и регулирования температуры в рабочем пространстве плавильных и топливных термических печей, соляных ванн, т. е. в тех случаях, когда приборы для измерения температуры кон­тактным методом применять невозможно вследствие разрушения их чувствительных элементов при высоких температурах.

Ко второй группе приборов относятся оптические и фотоэлек­трические пирометры.

Принцип действия (рис. 61) оптического пирометра с «исчеза­ющей» нитью основан на сравнении яркостей объекта измерения и нити фотометрической лампы накаливания. Пирометр состоит (рис. 61, а) из передвижного объектива 3 с линзой 2, фотометриче­ской лампы накаливания 4, яркость нити которой регулируется реостатом 7. Для питания лампы используется батарея 8.

Рис. 61. Оптический пиро­метр с исчезающей нитью: а — схема прибора; б, в и г — изображение инти иа фойе объ­екта измерений (б — яркость нити меньше яркости объекта; в — яркость нити больше ярко­сти объекта; г — яркость иити совпадает с яркостью объекта)

6) в) г)

Опера

^а)

тор-пирометрист, смотрящий в окуляр 6, должен направить теле­скоп пирометра таким образом, чтобы видеть нить фотометриче­ской лампы на фоне раскаленного тела /, температуру которого необходимо измерить. Передвижением окуляра 6 и объектива 3 он добивается получения изображения раскаленного тела и нити лампы в одной плоскости. Перемещением движка реостата 7 оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу и доби­вается уравнения яркостей нити и раскаленного тела. Если яр­кость нити меньше яркости тела, то нить на фоне тела выглядит черной полоской (рис. 61, б), при большей температуре нити она будет выглядеть как светлая дуга на более темном фоне (рис. 61, в). При равенстве яркостей нити и тела последняя как бы «исчезает» из поля зрения оператора (рис. 61, е), что свидетель­ствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. В этот момент производится отсчет измеряемой тем­пературы по милливольтметру 9, который заранее проградуирован в градусах Цельсия. Красный светофильтр 5 пропускает область светового потока с длиной волны 0,65 мкм и шириной около 1 мкм. Данный тип пирометра имеет шкалу с двумя пределами измерений: 800 ... 1400 °С и 1200° ... 2000 °С. При измерении тем­ператур, лежащих во втором интервале, погрешность прибора составляет ±20 °С.

---

На точность измерения этим прибором оказывают влияние расстояние до объекта измерения, запыленность помещения и по­падание посторонних лучей. Так как оптический пирометр яв­ляется прибором с ручной наводкой, то он предназначен только для периодических измерений. Оптимальное расстояние от пирометра до измеряемого объекта 0,7 ... 6 м. В литейных цехах его применяют для контроля температуры жидкого металла при раз­ливке в литейные ковши и при заливке металла в формы. В тер­мических цехах пирометр используют для периодического контроля температур в печах-ваннах и топливных термических печах.

Оптический пирометр с исчезающей нитью, в котором нуль- прибором служит глаз оператора, не может быть использован для автоматического регулирования температуры и для измере­ния температуры быстропротекающих процессов. В этих случаях применяют фотоэлектрический пирометр, в котором измерение температуры осуществляется объективным и безынерционным ме­тодами. В качестве приемников у них используются фотоэлемен­ты, фотодиоды и фоторезисторы.

Фотоэлектрические пирометры делят на две группы. К первой относятся пирометры, у которых значение фотопотока приемника излучения пропорционально яркости излучения нагретого тела. У пирометров второй группы фотоприемник служит только инди­катором равенства яркостей объекта измерения и стабилизиро­ванного источника излучения.

Фотоэлектрические пирометры первой группы имеют более простую конструкцию. Поток лучистой энергии у них с помощью линзы и диафрагмы фокусируется на приемной площадке герма­ниевого или кремниевого фотодиода, работающего в генераторном режиме. В цепь фотодиода включен резистор нагрузки. С помощью быстродействующего потенциометра измеряется падение напряже­ния, пропорциональное фототоку, т. е. температуре объекта. Эти пирометры характеризуются малой инерционностью в работе, имеют пределы измерения 500 ... 2500 °С. Класс точности 1,5.

7. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ КОНТРОЛЕ

ТЕМПЕРАТУРЫ

К числу мероприятий по технике безопасности при эксплуатации установок и приборов для контроля температуры относятся следующие.

Все отдельно стоящие приборы, к которым подводится элек­трический ток опасного напряжения, должны быть надежно за­землены. Если приборы размещены на щитах управления, то должны быть заземлены и щиты.

---

Подходы к первичным преобразователям температуры, уста­новленным в труднодоступных местах, должны быть обеспечены смотровыми площадками, мостиками и лестницами.

Электропитание приборов для контроля температуры должно подводиться с центрального пульта управления. Каждая линия питания должна иметь самостоятельный переключатель и устрой­ство защиты от токов короткого замыкания.

При замере температуры жидкого металла для защиты рабо­тающих от теплового потока должны использоваться теплозащит­ные устройства, обеспечивающие интенсивность теплового потока на рабочих местах не более 0,35 кВт/кг (ГОСТ 12.4.123—83).

К замерам температуры на установках электротермического нагрева (при использовании генераторов УВЧ и СВЧ), а также при разливе металла женщины не допускаются.

Контрольные вопросы а задания

1. Что такое температура?

2. Какие шкалы температуры применяют в настоящее время?

3. Расскажите о классификации приборов для контроля температуры.

4. Как устроен и работает жидкостный термометр?

5. Как устроен и работает дилатометрический термометр?

6. Как устроен и работает биметаллический термометр?

7. Как устроен и работает манометрический термометр?

8. Расскажите о классификации манометрических термометров и их ха­рактеристиках.

9. Расскажите о принципе действия термопары.

10. Какие существуют способы включения термопар?

11. Расскажите об основных характеристиках промышленных термопар.

12. Как работает пирометрический милливольтметр?

13. Как устроен и работает переносной потенциометр?

14. Как устроен и работает термометр сопротивления?

15. Расскажите о характеристиках промышленных термометров сопротив­ления.

16. Как устроен и работает логометр?

17. Как устроен и работает мост с ручной компенсацией?

18. Как устроен и работает радиационный пирометр?

19. Расскажите об устройстве и принципе работы оптического пирометра.

20. Как устроен и работает фотоэлектрический пирометр?

Лабораторная работа 3. Измерение температуры термоэлектрическим термометром

---