Пирометры

ПИРОМЕТРЫ (от греч. руr-огонь и metreo - измеряю), оптич. приборы для измерения т-ры гл. обр. непрозрачных тел по их излучению в оптич. диапазоне спектра (длины волн l в видимой части 0,4-0,76, в невидимой > 0,76 мкм). Совокупность методов определения с помощью пирометров высоких т-р наз. пирометрией (см. Термометрия).

Квазимонохроматические (оптические) пирометры. Действие этих переносных приборов основано на сравнении яркости моно-хроматич. излучения двух тел-тела, т-ру к-рого измеряют, и эталонного. В качестве последнего обычно используют нить лампы накаливания с регулируемой яркостью излучения. Наиб. распространенный прибор данной группы-пирометры с "исчезающей" нитью (рис. 1). Внутри телескопич. трубки в фокусе линзы объектива находится питаемая от аккумулятора через реостат пирометрич. лампа с подковообразной нитью. Для получения монохроматич. света окуляр снабжен красным светофильтром, пропускающим лучи только определенной длины волны (l 65-66 мкм). В объектив помещен серый поглощающий светофильтр, служащий для расширения пределов измерений.

При подготовке оптич. системы к измерению трубку наводят на раскаленное тело и передвигают объектив до получения четкого изображения тела и нити лампы. Включив источник тока, реостатом регулируют яркость нити до тех пор, пока ее средняя часть не сольется с освещенным телом. В момент выравнивания яркостей тела и нити, когда последняя становится неразличимой, прибор показывает т. наз. яркостную т-ру тела (равна т-ре абсолютно черного тела того же углового размера, что и излучающее тело, и дающего такой же поток излучения на данной длине волны). Эту т-ру (T_я) отсчитывают по одной из шкал отградуированного в градусах милливольтметра: верхней-без серого светофильтра (для т-р 800-1400⁰C) и нижней со светофильтром (для т-р св. 1300⁰C). Погрешность до 1% от диапазона измерений. По известной Т_я истинную т-ру тела определяют на основе законов теплового излучения (см. Теплообмен).

Фотоэлектрические пирометры. В приборах разл. типов чувствит. элементами служат фотоэлементы с внеш. фотоэффектом, в к-рых фототок пропорционален энергии излучения волн определенного участка спектра. В пирометрах этого типа (рис. 2) изображение раскаленного тела (т-ру к-рого измеряют) с помощью объектива и диафрагмы 2 создается в плоскости одного из отверстий диафрагмы 3, расположенной, наряду с красным светофильтром, перед фотоэлементом. Последний через др. отверстие этой диафрагмы освещается регулируемым источником света-электрич. лампой. Благодаря колебаниям заслонки вибрац. модулятора фотоэлемент поочередно с частотой 50 Гц освещается раскаленным телом и лампой. При неравенстве освещенностей от них в цепи фотоэлемента возникает фототок, усиливаемый электронным усилителем. Его выходной сигнал изменяет ток накала лампы до выравнивания указанных освещенностей. Сила тока, однозначно связанная с яркостной т-рой тела, на сопротивлении R_вых преобразуется в напряжение, измеряемое автоматич. потенциометром, шкалы к-рого градуированы в градусах Т_я. Фотоэлектрич. пирометры выпускают одношкальными для измерения т-р от 600 до 2000⁰C или двушкальными (введен ослабляющий светофильтр) для определения более высоких т-р; в первом случае погрешность не превышает 1%, во втором -2,5% от диапазона измерений.

Пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры). В пром. приборах находится отношение т. наз. спектральной энергетич. яркости (излучение определенной длины волны, или яркости) реального тела с двумя заранее выбранными значениями длины волны. Для каждой т-ры 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 (рис. 3). Между ним и объективом установлен вращаемый синхронным двигателем обтюратор. Последний выполнен в виде диска с двумя отверстиями, закрытыми красным и синим светофильтрами. T. обр., при вращении обтюратора на фотоэлемент попеременно попадают излучения разной интенсивности. Предварительно усиленный переменный ток, напряжение к-рого пропорционально соответствующим интенсивностям излучения, преобразуется электронным логарифмич. 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 верх. предела.

Пирометры полного излучения (радиационные пирометры) служат для измерения т-ры по мощности излучения нагретого тела (рис. 4). Испускаемые им лучи с помощью оптич. системы (рефракторной - преломляющей с линзой и диафрагмой или рефлекторной - отражающей с зеркалом) фокусируются на к.-л. преобразователе - обычно миниатюрной термоэлектрич. батарее. Для наводки на нагретое тело используют окуляр с красным либо дымчатым светофильтром. Возбуждаемая в батарее термоэдс фиксируется потенциометром, шкала к-рого градуирована в градусах по т-ре излучения абсолютно черного тела. По измеренной радиац. т-ре (900-2000 ⁰C) истинную т-ру раскаленного тела находят из спец. таблицы. Точное определение кол-ва поступающей в пирометр лучистой энергии крайне затруднительно, т.к. между приемником излучения и окружающей средой происходит теплообмен. Несмотря на это, пирометры полного излучения широко распространены в производств. практике; они м. б. установлены стационарно, позволяют применять дистанц. передачу показаний, автоматически записывать и регулировать т-ру.

По сравнению с др. устройствами для измерения т-ры пирометры позволяют определять ее бесконтактно при теоретически неограниченном верх. пределе измерения; определять высокие т-ры в газовых потоках при высоких скоростях и т.д. В пром-сти пирометры широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технол. процессов.

Лит.: Кулаков M. В., Технологические измерения и приборы для химических производств, M., 1983, с. 91-96; Шкатов E. Ф., Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, M., 1986, с. 208-16; Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник, под ред. В. В. Черенкова, Л., 1987, с. 70-77. Е.Ф. Шкотов.