Оптический пирометр с исчезающей нитью
Оптическая система пирометра представляет собой телескоп с объективом (1) и окуляром (4).
Перед окуляром помещен красный светофильтр (3). Спектральная характеристика пропускания светофильтра подбирается с учетом спектральной чувствительностиглаза так, чтобы при рассматривании объекта через светофильтр наибольшая видимая яркость соответствовала бы длине волны около 0,65 мкм.
В фокусе объектива находится вольфрамовая нить пирометрическойлампочки (5).
Нить лампочки питается от аккумулятора; ее накал можно регулировать вручную реостатом (6).
В поле зрения телескопа наблюдатель видит участок излучающей поверхности накаленного тела (объекта измерения) и на этомфоне – нить лампочки.
Если яркости нити и накаленного тела неодинаковы, нить будет видна более темной или более светлой, чем фон.
Регулируя накал нити реостатом, наблюдатель добивается равенства яркостей, при этом изображение нити сольется с фоном и станет неразличимо (нить "исчезнет").
В этот момент яркостная температура нити равна яркостной температуре объекта измерения.
Глаз весьма чувствителен к различению яркостей и момент "исчезновения" нити улавливается с достаточной уверенностью.
Во избежание перегрева нити, ее температура не должна превышать 1500°С, поэтому при измерениях в диапазоне более высоких температур перед лампой устанавливается поглощающий светофильтр (7), уменьшающий видимую яркость излучения объекта.
Отечественные пирометры выпускаются с диапазонами измерения 1200-3200 и 1500-6000°С.
Переход с одного диапазона на другой осуществляется введением или выведением поглощающего светофильтра.
Существуют также оптические пирометры, в которых сличение яркостей нити и объекта производится не визуально, а фотоэлектрическим устройством, что позволяет автоматизировать измерение и повысить точность определения яркостной температуры. Однако схема и конструкция прибора при этом существенно усложняются.
Радиационные пирометры
В отличие от оптических пирометров с исчезающей нитью в радиационных пирометрах используется тепловое действие полного излучения нагретого тела, включая как видимое, так и не видимое излучение.
В связи с этим радиационные пирометры называются также пирометрами полного излучения.
Положительной особенностью радиационных пирометров является то, что их можно применять также и для измерения невысоких температур, при которых объект измерения не дает видимого излучения. Возможно также измерение температуры тел, более холодных, чем окружающая среда.
В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от -40 до 2500°С. Особенно удобно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической пирометрии неприемлемы, например, для измеренияневысоких температур движущихся предметов.
Например, температуру нагрева заготовок определяют визуально или с помощью пирометров различных конструкций.
Визуально температуру можно определить по цвету каления.
При 600— 1300° С цвет и яркость нагретых предметов изменяются через каждые 50° С: цвет поверхности при нагреве от 850 до 1000° С изменяется от красного до светло-красного, затем становится оранжевым, а далее желтым. Температуру по цвету, каления определяют с точностью ±50—60° С.
При слабом дневном освещении черные металлы, нагретые до различных температур, °С, имеют следующие цвета каления:
| Темно-красный . . . 650 | Оранжево-желтый . . . …1000 |
| Вишнево-красный . . 700 | Светло-желтый. 1100 |
| Светло-красный . . . 800 | Соломенно-желтый . . ….1150 |
| Густо- оранжевый . . 900 | Белый разной яркости …1200 – 1400 |
| Однако способ определения температуры нагретого металла по цвету каления не является достаточно точным и надежным. Поэтому для определения температуры нагрева пользуются пирометрами. Радиационный пирометр (ардометр) работает по принципу поглощения лучистой энергии нагретого тела. Чем выше нагрев, тем |  Рис. 32. Схема радиационного пирометра |
больше излучается лучистой энергии. Тепловые лучи нагретой заготовки при помощи линзы 1 собираются в пучок и через диафрагму 2 попадают на батарею 3, состоящую из нескольких последовательно соединенных термопар, горячие спаи которых расположены на зачерненной пластинке из платиновой фольги, поглощающей тепловые лучи. В термопаре возникает электрический ток, который поступает на гальванометр 6, по шкале которого считывают температуру тела. При замере температуры настройку пирометра выполняют с помощью окуляра 5 и фильтра 4 так, чтобы тепловые лучи от нагретой заготовки собирались в фокусе объектива.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Пирометры с исчезающей нитью
Оптический пирометр с исчезающей нитью измеряет энергию монохроматического излучения тела, т. е. яркостную температуру при определенной фиксированной длине волны 65 мкм, которая выделяется из спектра излучения с помощью красного фильтра.
Измерение температуры пирометрами с исчезающей нитью производится путем сравнения яркости исследуемого тела и нити фотометрической лампы, проградуированной но АЧТ при длине волны 65 мкм. С помощью оптической системы изображение нагретого тела проектируется ни плоскость нити лампы накаливания. Реостатом сила тока накаланити регулируется таким образом, чтобы яркость лампы сравнялась с яркостью измеряемого тела. Температура определяется по силе тока накала нити в момент ее «исчезновения» на фоне раскаленного тела. Принципиальная схема пирометра показана на рис. 3.7.
Нить накала лампы питается от аккумулятора. Сила тока накала отмечается на шкале стрелочного прибора. Для визирования и фокусирования нити лампы и объекта служит оптическая система. Имеются устройства для введения красного и ослабляющего фильтров. Кажущаяся температура на шкале прибора с помощью градуировочной кривой переводится в истинную температуру.
Для лабораторных измерений температуры применяют стационарные оптические пирометры типа ЭОП и ОП, в которых цилиндрическая нить лампы со стороны наблюдателя шлифованием утончена до половины своего диаметра, что способствует улучшению ее «исчезновения».
Образцовые пирометры позволяют измерять температуру с точностью 0,2 – 0,5% в пределах от 800 до 3000, эталонные пирометры имеют точность измерения 0,05% при 1000.
Приближенная калибровка оптических пирометров осуществляется по точкам плавления чистых металлов; фиксируют силу тока лампы в момент начала затвердевания. Используя закон Вина, можно обойтись одной реперной точкой, но для более точной градуировки рекомендуется использовать несколько точек.
При градуировке пирометров экстраполяцией температуры от температур реперных точек возникают в среднем следующие ошибки, °С: 1500±3; 1700±3,5; 2000+4,6. Однако ошибки измерений значительно выше. Так, для пирометров типа ОП при работе в пределах 1200 – 2000 °С основная ошибка составляет ± 13 °С и до
Рисунок 3.7 – Схема оптического пирометра с исчезающей нитью:
1 – линза объектива; 2 – тубус объектива; 3 – поглощающие стекла; 4,5 – сопротивления; 6 – движок реостата; 7 – части показывающего прибора; 8 – тубус окуляра; 9 – красный светофильтр; 10 – постоянный магнит показывающего прибора; 11 – кольцевой реостат; 12 – батарея аккумуляторов; 13 – шунтирующее сопротивление; 14 – зажимы для измерения силы тока пирометрической лампы; 15 – пирометрическая лампа; 16 – накаленное тело
Рисунок 3.8 – Схема хода лучей в фотоэлектрическом пирометре
±40°С при измерениях температур в пределах 1800—3200°С. В технических пирометрах основная погрешность определений для приведенных интервалов температур соответственно составляет ±20 и ±50°С.
Назначение, принцип действия, особенности устройства оптических пирометров с исчезающей нитью
Оптический пирометр служит измерителем одноцветного (монохроматического) излучения, а радиационный пирометр — измерителем полного излучения. Принцип действия оптического пирометра (рисунок 1) основан на сравнении яркости свечения нагретого тела и раскаленной нити специальной фотометрической лампы накаливания, расположенной между глазом наблюдателя и измеряемым объектом. Сравнение происходит через красный светофильтр, пропускающий излучение только определенной длины волны (около 0,65 мк).
1 — фотометрическая лампа, 2 — светофильтр. 3 — указатель температуры, 4 — окуляр, 5 — реостат регулировки накала лампы, 6— объектив
Рисунок 1 — Схема оптического пирометра
а — совпадение яркости нити и тела, температура которого измеряется, б — температура нити выше температуры тела, е — температура нити ниже температуры тела
Рисунок 2 – Регулировка накала нити лампы оптического пирометра
Через окуляр наблюдатель направляет пирометр на измеряемый объект. Накал нити лампы (рисунок 2) регулируется реостатом. В цепь лампы, реостата и аккумуляторной батареи включен амперметр. Поскольку температура нити зависит от величины тока накала, то шкала амперметра градуируется непосредственно в единицах измеряемой температуры.
Электрические и оптические детали пирометра размещены в корпусе. Перед лампой расположен объектив и защитные светофильтры. Между глазом наблюдателя и нитью лампы находится окуляр, через который нить лампы видна в достаточно большом масштабе.
При измерении температуры наблюдатель смотрит сквозь оптический пирометр на нагретое тело и фокусирует объектив, добиваясь четкой видимости. Плавной регулировкой реостата увеличивают накал нити лампы, пока яркость ее свечения не совпадет с яркостью измеряемого нагретого тела (рисунок 2, а).
Если измеряемая температура выше 1400° С и яркость излучения объекта очень велика, то между объективом и лампой помещают поглощающий светофильтр, чтобы не перекаливать нить лампы.
Оптический пирометр ОППИР-017 (рис. 67) позволяет измерять температуру в пределах 800— 6000° С. Для питания пирометрической лампы применен сдвоенный щелочной аккумулятор НКН-10. Сила тока в лампе регулируется реостатом. Электроизмерительный показывающий прибор представляет собой дифференциальный амперметр с двумя рамками, который реагирует на изменение тока в цепи питания и напряжения на пирометрической лампе. При этом автоматически учитывается изменение сопротивления нити лампы от температуры ее накала. Использование такой схемы позволяет свести к минимуму нерабочий участок шкалы прибора, которая градуируется в градусах яркостной температуры объекта измерения.