Оптический пирометр принцип действия

Пирометры

Для измерения температуры выше 800 град C применяют пирометры, принцип действия которых основан на определении величины излучения, испускаемого нагретыми телами.

Радиационные пирометры. Принцип действия радиационных пирометров состоит в том, что поток теплового излучения, испускаемого раскаленным телом, улавливается и фокусируется’ на теплочувствительыой части прибора, соединенной с термопарой.

Принципиальная схема радиационного пирометра показана на рис. 278. Он состоит из корпуса 6, имеющего объектив 2, который улавливает, тепловой поток и направляет его на теплочувствительную. часть 1 прибора. Эта часть представляет собой крестообразную пластину из платины, покрытую платиновой чернью. К этой пластине припаяны четыре горячих спая хромель-копелевых термопар, образующих термобатарею. При нагревании или охлаждении теплочувствительной части также нагреваются или охлаждаются горячие спаи этой термобатареи. Таким путем достигается увеличение электродвижущей силы и,следовательно, увеличивается точность прибора.

Рис. 278. Схема радиационного пирометра: 1- термочувствительная часть; 2 — объектив; 3 — диафрагма; 4 — температурная лампа; 5 —медный кожух; 6-корпус; 7— светофильтр; 8 —окуляр; 9-температура; 10 — милливольтметр

Платиновая пластинка и термопары заключены в стеклянную температурную лампу 4, закрытую почерненным медным кожухом 5. В медном кожухе имеются отверстия для прохода тепловых лучен на теплочувствительную часть прибора и для наблюдения за правильностью фокусирования. Через цоколь лампы выведены концы термопар и присоединены внутри прибора к клеммам.

При фокусировании прибора нужно добиваться того, чтобы раскаленное тело было виднов в телескопе и закрывало бы все поле зрения. Если изображение будет больше или меньше поля зрения, то условия наблюдения будут отличаться от градуировочиых и результат измерения будет неправильным. Четкость изображения для правильной наводки достигается перемещением окуляра 8. Чтобы предохранить глаз наблюдателя от яркого света, можно пользоваться светофильтром 7, который перемещают при помощи ручки, расположенной рядом с клеммами.

Для измерения величины электродвижущей силы, возбуждаемой в термобатарее радиационного пирометpa, пользуются или гальванометром, или потенциометром, которые должны быть градуированы в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела.

Истинную температуру раскаленного реального тела по измеренной радиационным пирометром определяют введением поправок с учетом коэффициента черноты реального тела, температуру которого измеряют. Для этого пользуются специальными таблицами коэффициентов черноты полного излучения материалов при различных истинных температурах, а также таблицами соотношений между температурой, измеренной радиационным пирометром, или радиационной температурой и истинной температурой в зависимости от коэффициента черноты полного излучения.

При помощи радиационных пирометров полного излучения можно измерять температуру от 900 до 1800° С и даже, до 2000° С.

Оптические пирометры. Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити, интенсивность излучения которой в зависимости от температуры известна.

Схема» наиболее распространенного оптического пирометра ОППИР-09 показана на рис. 279. Это —переносный прибор, все части которого смонтированы в общем кожухе или корпусе. Луч света, испускаемый накаленным телом, попадает в прибор через объектив 1, а затем через окуляр 6 в глаз наблюдателя, сравнивающего яркость светового потока тела с яркостью нити 4 температурной лампы 3. Сравнение проводят в монохроматическом свете, получаемом с помощью светофильтра 5, расположенного за окуляром и пропускающего узкий спектральный участок света (область красных лучей).

Нить температурной лампы накаливается от щелочного аккумулятора, присоединенного к прибору проводами, проходящими через, рукоятку

Накал нити регулируют реостатом 8, включенным в цепь лампы последовательно. Движок 9 реостата передвигают при помощи кольцевой рукоятки 10. На рукоятке и на корпусе прибора имеются черточки белого цвета, около которых стоит отметка «0». Когда черточки на рукоятке и на корпусе прибора совпадают — цепь лампы разомкнута и аккумулятор отключен. Сила тока, подаваемого лампе, уменьшается, при повороте рукоятки по направлению стрелки, которая имеется на ней.

Температуру отсчитывают по показанию пирометрического милливольтметра 7, градуированного в градусах по накалу нити.

При измерении температуры оптическим пирометром ОППИР-09 его придерживают за рукоятку и направляют объектив на накаленное тело, предварительно убрав светофильтр. Передвигая окуляр и объектив, добиваются получения четких изображений нити температурной лампы и тела,температуру которого измеряют. После этого светофильтр .снова помещают на его место и, поворачивая ручку реостата в сторону, противоположную направлению стрелки, постепенно повышают накал нити до тех пор, пока ее верхняя часть, хорошо заметная на фойе раскаленного тела, не сольется с фоном и не исчезнет из поля зрения.

Рис. 279. Схема оптического пирометра ОППИР 09: 1 — объектив; 2 — ослабляющий светофильтр; 3 — температурная лампа; 4 — нить накаливания температурной ламды; 5— монохроматический светофильтр; 6 — окуляр; 7 — милливольтметр; S- реостат; 9 — движок реостата; 10 — кольцевая рукоятка реостата: рукоятка прибора.

Когда температура нити лампы ниже измеряемой температуры тела, видна темная линия на светлом фоне. Если же температура нити лампы выше измеряемой, видна светлая линия на темном фоне. При равенстве температур нить перестает быть видимой.

Оптический пирометр ОППИР-09 предназначен для измерения температуры от 800 до 2000 С, однако нить температурной лампы не выдерживает накала больше 1400° С. При температуре выше указанной материал нити начинает испаряться, вследствие чего характеристика лампы меняется. Чтобы избежать этого, при измерении температуры выше 14000C для ослабления светового потока накаленного тела между объективом и температурной лампой помещают дополнительный светофильтр 2. Таким образом, прибор имеет два диапазона измерений: 800—1400 0C и 1200—2000° С.

Ввиду того, что оптические пирометры градуируют по излучению абсолютно черного тела, для измерения температуры реальных тел с различными’ коэффициентами черноты в показания прибора следует вводить соответствующие поправки по специальным таблицам.

Кроме описанного, имеются эталонные оптические пирометры ОР-48, имеющие три диапазона измерений: до 1400° С, до 2QOO0C и до 3000° С. Оптический пирометр ЭОП-1 имеет пять диапазонов — от 1400 до 6000° С, с погрешностью измерения 0,05% при 1063° С, 0,2% при 3000° С и 1 % при 6000° С.

К приборам всегда прилагаются инструкции, содержащие описание прибора, правила его использования, а также правила зарядки аккумуляторов. В паспорте прибора указывается его характеристика, данные о его градуировке свидетельство о его пригодности для работы. Как все точные приборы, оптические пирометры следует периодически проверять.

Фотоэлектрический’ пирометр. Для непрерывного и бесконтактного измерения и записи температуры неподвижных и движущихся тел применяют фотоэлектрический пирометр ФЭП-4*. При его помощи можно измерять температуры от 500 до 4000° С. Прибор выпускается как одношкальный с предельной температурой измерения 2000° С, так и двушкальный— с пределом измерения до 4000° С. Основная погрешность показателей пирометра не превышает ±1% для приборов с верхним пределом измерения больше 2000° С.

Вторичным прибором этого пирометра служит быстродействующий показывающий и записывающий электронный потенциометр БП-5164 с прямолинейной шкалой и ленточной диаграммой. Время установления показаний потенциометра не превышает 1 сек.

Изображение визируемой поверхности / фокусируется линзой 2 на отверстии 4 в держателе светофильтра 7, установленного перед фотоэлементом 5. Диафрагма 3 и отверстие 4 ограничивают световой поток, падающий на фотоэлемент. Если изображение нагретой поверхности полностью перекрывает отверстие 4, величина светового потока, падающего на катод фотоэлемента, зависит от яркости визируемой поверхности и, следовательно, от ее температуры. Через отверстие 6 в том же держателе светофильтра на фотоэлемент падает световой поток от лампы накаливания 10 (лампа обратной связи), питаемой током выходного каскада электронного усилителя 9. При помощи этой лампы в приборе осуществляется обратная связь по световому потоку. Световые потоки от визируемого тела и от лампы 10 модулируются с частотой 50 гц в противофазе. Благодаря этому через фотоэлемент течет ток, переменная составляющая которого пропорциональна разности иитеисивностей этих потоков. Переменная составляющая фототока усиливается усилителем 8 и выпрямляется фазовым детектором (на рисунке не показан). Выпрямленное напряжение поступает на сетку выходного каскада усилителя 9.

Интенсивности светового потока лампы обратной связи и потока визируемого тела несколько отличаются друг от друга, однако благодаря большому коэффициенту усиления системы разность между ними невелика. При увеличении этой разности ток в цепи лампы обратной связи довольно быстро изменяется, и разность снова уменьшается. Таким образом, ток лампы обратной связи, связанный с интенсивностью ее светового потока, с достаточной точностью характеризует яркость и температуру визируемого тела.

Рис. 281. Принципиальная схема фотоэлектрического пирометра ФЭП-4: 1 — визируемая поверхность; 2 — линза; 3 — диафрагма; 4, 6 — отверстия в держателе светофильтра; 5 — фотоэлемент; 7-держатель светофильтра; 8, 9 — усилители; 10-лампа накаливания.

echome.ru

Сайт посвященный измерительным приборам…

Что такое пирометр?

Пирометр, или его равнозначные названия – инфракрасный термометр (термодетектор, даталоггер температуры), — это точный инженерный прибор нового поколения для бесконтактного и быстрого измерения температурных показателей на расстоянии до трех метров от исследуемого объекта.

В основе его работы лежит принцип определения по тепловому электромагнитному излучению практически любого объекта температурного значения его поверхности. Это позволяет контролировать и своевременно регулировать температуру и ее перепады в промышленных и бытовых объектах, их деталях и элементах.

Относительно недорогой прибор идеален для использования как в бытовых рабочих процессах, так и в различных промышленных отраслях (если речь идет о мощном электронном пирометре) и высокотехнологичных производствах:

• тепло- и электроэнергетика;
• металлургия и металлообработка;
• гражданское, военное и промышленное строительство;
• проверка электрического оборудования;
• в пищевой промышленности;
• в лабораторных исследованиях;
• обследование двигателей внутреннего сгорания и подшипниковых элементов, компьютерных составляющих.

Как стационарные, так и мобильные модели термодетекторов особенно рациональны для обследования объектов инфраструктуры, рефрижераторной техники, оснащения мобильных охраннопожарных бригад, контроля условий хранения и транспортировки пищевых и медикаментозных продуктов.

Виды пирометров

Существует несколько классифицирующих подразделений пирометров:

1. По основной используемой методике работы:

• инфракрасные (радиометры), использующие радиационный метод для ограниченного инфракрасного волнового диапазона; для точного наведения на цель снабжены лазерным указателем;
• оптические пирометры, работающие в не менее, чем в двух диапазонах: инфракрасного излучения и спектра видимого света.

1. Оптические инструменты в свою очередь делятся на:

• яркостные (пирометры с пропадающей нитью), основанные на эталонном сравнении излучения предмета с величиной излучения нити, сквозь которую пропускается электроток. Значение силы тока и служит показателем измеряемой температуры поверхности объекта.
• цветовой (или мультиспектральный), работающий по принципу сравнения энергетических яркостей тела в различных областях спектра, — используются как минимум два детектирующих участка.

1. По способу прицеливания: инструменты с оптическим или лазерным прицелом.
2. По используемому коэффициенту излучения: переменный коэффициент или фиксированный.
3. По способу транспортировки:

• стационарные, используемые в тяжелой промышленности;
• переносные, используемые на участках производимых работ, для которых важна мобильность.

1. Исходя из температурного диапазона измерений:

• низкотемпературные (от -35…-30°С);
• высокотемпературные (от + 400°С и выше).

Строение пирометра

Базисом конструкции прибора является детектор инфракрасного (теплового) излучения, интенсивность и спектр которого напрямую зависит от температуры поверхности объекта. Встроенная электронная система измерения фиксирует данные и отображает их на дисплее в удобном формате для дальнейшего анализа пользователем.

Стандартный пирометр представляет собой пистолет, который выглядит как лазерный бластер из фантастических фильмов, с небольшим жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются замерянные показатели температурных режимов. Небольшая и удобная панель управления, лазерная наводка и высокая точность при близком контакте с объектом делают инструмент весьма востребованным среди технического и инженерного персонала.

Устройство пирометра формирует следующие технические характеристики приборов:

• оптическое разрешение (кратность варьируется в пределах 2…600);
• рабочий диапазон температур (-50…+4000°С);
• измеряемое разрешение;
• быстродействие (в современных моделях менее секунды, что особенно актуально при измерении быстро меняющихся показаний).

Обычно пирометры обладают небольшими, компактными габаритными размерами; устройство отображение информации может быть как аналоговым, так и цифровым. Диаметр объекта излучения должен составлять не менее 13-15 мм.

Современные модели могут обладать расширенным функционалом:

• функцией внутренней памяти для хранения данных замеров;
• определением минимального и максимального показателей серии измерений;
• подача звукового или визуального сигнала при достижении заданного порогового значения.

Для переноса информационных данных на персональный компьютер или внешний носитель усовершенствованные пирометрические устройства оборудуются USB-интерфейсом.

Принцип действия

Работа приборов этого типа основана на возникновении инфракрасного излучения и определении показателя абсолютного значения излучаемой в инфракрасном спектре энергии длины волны.

Инструмент направляется на удалённый объект, расстояние до которого лимитируется только диаметром замеряемого пятна и составом («чистотой») окружающей объект воздушной среды. Измерение характеристик излучения объекта (его интенсивность и спектральный состав) пирометрическим прибором косвенным образом определяет и температуру его поверхности.

Принцип работы пирометра определяет основной функционал инструмента:

• измерение температуры удалённых (недоступных или труднодоступных) объектов, а также температуры их движущихся элементов;
• анализ температурного режима находящихся под напряжением объектов при невозможности контактных способов измерения;
• экспресс-фиксация быстрых температурных изменений поверхности объектного тела;
• исследование объектов, обладающих низкой теплоёмкостью или теплопроводностью.

Использование пирометра на промышленных объектах и в быту не представляет никаких сложностей: инструмент наводится на обследуемый объект, измерение и фиксация на дисплее температурных данных выполняется в считанные секунды при нажатии и удержании «курка».

Стоимость прибора зависит от его технических характеристик, «брендовости» производителя, используемых методов работы и варьируется в диапазоне 1500-15000 рублей.

Видео по теме

Пирометр — бесконтактный цифровой термометр

Пирометр — это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение, преобразует показания в температурные и выводит полученное число на дисплей. Максимальный диапазон измерения — 1000°C. Он так же известен, как бесконтактный цифровой термометр или инфракрасный пистолет.

Пирометр — бесконтактный цифровой термометр Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Хотя пирометры сравнительно недавно начали использоваться в промышленности, тем не менее они находят все более широкое применение для измерения температуры, так как они удобны, дают точные показания и более безопасны, чем другие виды температурных датчиков.

Пирометр может быть чрезвычайно полезным для поиска неисправностей в системах, где избыточный нагрев может быть одной из причин. Например, киповец может использовать пирометр для обнаружения нагретого участка на монтажной плате, не отключая цепь от источника питания либо в непосредственной близи от цепей под напряжением. Также пирометр отлично подойдет для поиска неисправностей в любом оборудовании с вращающимися частями, так как измерение с его помощью не подвергает киповца опасности соприкосновения с вращающимися частями.

Принцип работы пирометра

Основными частями инфракрасного устройства являются: линза, ИК-приемник и дисплей температурных показаний. Инфракрасное излучение, идущее от горячего объекта фокусируется линзой и подается на ИК-приемник.

Упрощенное изображение ИК-датчика и горячего объекта ИК-приемник ИК-температурного датчика может представлять собой полупроводниковый материал, термопару или термобатарею (группа термопар, соединенных вместе последовательно). Схема термобатареи

Когда ИК-приемник температурного датчика нагревается, то генерируется напряжение (имеется ввиду, что это термопара или термобатарея) или меняется сопротивление (если речь идет о полупроводниковом материале). Изменение величины напряжения и сопротивления затем преобразуется в соответствующие температурные показания и отображаются на шкале прибора. Если температура объекта уменьшается, то его инфракрасное излучение уменьшается и в данном случае меняющаяся величина сигнала сопротивления и напряжения, посылаемого в приемник будет отображена на шкале как уменьшение температуры.

Для того, чтобы определить температуру объекта бесконтактный цифровой термометр направляется на объект и нажимается спусковой механизм. Показания температуры отображаются на дисплее прибора. С помощью кнопки на приборе можно отображать оказания либо по шкале Цельсия, либо по шкале Фаренгейта.

Особенности работы пирометров

Расстояние между прибором и объектом, чья температура измеряется, не влияет на точность показаний. Однако прибор должен использоваться для диапазона, указанного изготовителем. Кроме того, чем больше расстояние между прибором и объектом, тем большая площадь зондировалась.

Некоторые пирометры имеют спусковые механизмы с двумя положениями. В первом положении спусковой крючок останавливается на полпути, и такое положение служит для сканирования поверхности или участка, где имеется неоднородность нагрева. В этом положении показания на дисплее меняются в зависимости от количества обнаруженных неоднородных участков. Это положение используется для определения приблизительной температуры объектов. Второе положение спускового механизма — это когда крючок полностью утоплен. Это положение используется для обнаружения объекта с наивысшей температурой, если объектов несколько. Когда крючок находится в этом положении, то показания на дисплее перестанут меняться, как только будет обнаружен объект с наивысшей температурой. Это положение называется «положение удержания наивысшего показания».

Другой особенностью пирометров является наличие переключателя коэффициента излучения. Переключатель коэффициента излучения компенсирует отраженное излучение, которое может повлиять на точность температурных показаний. Объекты отражают инфракрасное излучение, идущее от других объектов помимо собственного инфракрасного излучения. Однако отраженное инфракрасное излучение не является показателем истинной температуры объекта, а бесконтактный термометр не может отличить излучаемые волны от отраженных, пока вы не настроите переключатель коэффициента излучения на объект, чья температура измеряется. Большинство производителей пирометров поставляют в комплекте с прибором таблицы, где указаны коэффициенты излучения для наиболее часто измеряемых поверхностей.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Принцип — действие — оптический пирометр

Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении яркости тела, температура которого измеряется в лучах определенной длины волны, с яркостью нити лампы накаливания, степень накала которой можно регулировать. [1]

Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении яркости монохроматического излучения двух тел: эталонного тела и тела, температура которого измеряется. В качестве эталонного тела обычно используется нить лампы накаливания, яркость излучения которой регулируется. [3]

Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити, интенсивность излучения которой в зависимости от температуры известна. [4]

Принцип действия оптических пирометров основан на изменении окраски раскаленного тела в. Так, при температуре 600 — 700 С нагретые тела имеют вишнево-красное свечение, а при 1500 С и выше отличаются ослепительно белым цветом. Сравнивая цвет раскаленной в приборе нити ( зная ее температуру) с цветом раскаленного материала, устанавливают температуру последнего. [6]

Принцип действия оптических пирометров основан на изменении цвета изделия в процессе нагрева. [7]

Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении яркости тела, температура которого измеряется в лучах определенной длины волны, с яркостью нити лампы накаливания, степень накала которой можно регулировать. [8]

Принцип действия оптических пирометров основан на измерении величины лучистой энергии нагретых тел. Схема оптического пирометра приведена на фиг. [9]

Принцип действия оптического пирометра основан на сравнении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити, интенсивность излучения которой в зависимости от температуры известна. [10]

Принцип действия оптического пирометра с исчезающей нитью прост и иллюстрируется на рис. 7.30 а. Линза объектива формирует изображение источника, температура которого измеряется в плоскости раскаленной нити миниатюрной лампы. Наблюдатель через окуляр и красный стеклянный фильтр видит нить и совмещенное изображение источника. Ток через лампу регулируют до тех пор, пока визуальная яркость нити не станет точно такой же, как яркость изображения источника. Если оптическая система сконструирована правильно, в этот момент нить на изображении источника исчезает. Пирометр градуируется в значениях тока, проходящего через миниатюрную лампу. Так как детектором равенства яркостей является глаз человека, то доступная непосредственно для измерений область температур ограничена с одной стороны границей приемлемой яркости, с другой — яркостью, слишком слабой для наблюдения. Нижний предел зависит от апертуры оптической системы и составляет примерно 700 С, верхний предел равен примерно 1250 С. Для измерения более высоких температур между линзой объектива и нитью помещается нейтральный стеклянный фильтр ( С на рис. 7.30 а), понижающий яркость изображения источников. Плотность фильтра выбирается такой, чтобы обеспечить небольшое перекрытие областей. [11]

Принцип действия оптических пирометров основан на сравнении яркости монохроматического излучения двух тел: эталонного тела и тела, температура которого измеряется. [13]

Принцип действия оптических пирометров основан на зависимости квазимонохроматической яркости черного тела от температуры, выражаемой законом Вина. [14]