Принципы построения, характеристики и применение оптических и радиационных бесконтактных термометров (пирометров)
Бесконтактный термометр (пирометр) - прибор, рассчитанный для бесконтактного измерения температуры тел по тепловому электромагнитному излучению. Сферы применения пирометров, характеристика видов. Спектральный диапазон пирометра, эффективная длина волны.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.11.2012 |
| Размер файла | 551,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОГОУ ВПО
Астраханский инженерно-строительный колледж
Реферат
на тему:
"Принципы построения, характеристики и применение оптических и радиационных бесконтактных термометров (пирометров)"
Работу выполнил
Студент группы ПБ 31-10
Каталиев А.Б.
Астрахань 2012
Содержание
- Введение
- Оптические пирометры
- Радиационные пирометры
- Спектр электромагнитного излучения
- Оптическое разрешение
- Спектральный диапазон
Введение
Пирометром называют прибор, который измеряет температуру по тепловому электромагнитному излучению и предоставляет информацию в форме, удобной для пользователя.
Бесконтактный термометр или пирометр - прибор, рассчитанный для бесконтактного измерения температуры тел. Они принадлежат к категории приборов неразрушающего контроля. Измерение мощи теплового излучения объекта совершается преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения. Изобретение пирометра присваивают Питеру Мушенброку (Pieter van Musschenbroeck).
По принципу работы разделяют два типа пирометров: односпектральные (яркостные) и мультиспектральные. Последние принимают излучение в двух и более спектральных диапазонах, температура объекта устанавливается путём сопоставления мощностей в различных диапазонах.
Оптический пирометр предназначен для измерения температуры путем сравнения яркостей свечения тел, он оснащен лампой накаливания. Яркость нити лампы регулируется током, проходящим через лампу. Принцип работы оптического пирометра построен на уравнивании яркостей исследуемого тела и нити лампы накаливания. При этом используется график зависимости температуры нити накаливания от величины тока, проходящего через лампу.
Основное применение пирометры находят в электроэнергетике, теплоэнергетике, при производстве пластмасс и стекла, в космонавтике. Многие типы пирометров - такие приборы вернее называть инфракрасными радиометрами - измеряют особенно низкие температуры. В особенности распространенный диапазон измеряемой пирометрами температуры - от - 32 до +900 градусов по Цельсию, реже до +2200 градусов.
Портативные пирометры используются при контроле механического оборудования, для измерения температуры пищевых продуктов.
Стационарные пирометры (инфракрасные датчики температуры) применяются для постоянного контроля температуры производственных процессов.
К важным техническим характеристикам пирометров относятся: погрешность и диапазон измерения температуры, скорость измерения, точность системы прицеливания, удобство интерфейса пользователя, качество дисплея и характер представления данных, разрядность индикатора, объем архивируемой информации, степень защиты от окружающей среды, включая защиту от электромагнитных помех.
Некоторые современные модели пирометров оснащают вмонтированной цифровой фотокамерой, что гарантирует немедленное измерение температуры с одновременным получением фотографии объекта, точно демонстрирующей измеряемую площадь, при этом цифровые фотографии заносятся в память и фиксируются данные о температуре, времени измерений.
У оптоволоконных пирометров оптическая головка и блок обработки сигнала разгорожены между собой жаростойким оптоволоконным кабелем, длина которого может быть до десяти метров, что допускает располагать блок обработки сигнала в безопасной области для его работы, а оптическую головку в непосредственной близости от объекта контроля. Они могут быть также укомплектованы специальными защитными керамическими (СКК) или металлическими чехлами.
В стандартный комплект поставки портативного пирометра входит сам прибор, программное обеспечение на компакт-диске, термопара, USB кабель, мягкая сумка, инструкция по эксплуатации, ремешок, паспорт
Оптические пирометры
Принцип действия оптических пирометров основан на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры. На (рис.11) представлена схема оптического пирометра с "исчезающей" нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны.
Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя "исчезает" из поя зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой АЧТ, что позволяет производить считывание результата в 0С.
Данный тип пирометров позволяет измерять температуру от 700 до 8000 0С. Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 1200ё2000 0С основная допустимая погрешность измерения составляет ±20 0С. На точность измерения влияют неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а так же за счет отражения посторонних лучей.
Радиационные пирометры
Радиационные термометры (или пирометры) представляют собой неконтактные температурные датчики, действие которых основано на зависимости температуры от количества теплового электромагнитного излучения, полученного от объекта измерения. Это целая группа приборов, которая включает как приборы, измеряющие температуру точки на объекте, области на объекте, или позволяющие получить картину одномерного и даже двумерного распределение температуры на заданной площади измерения. Радиационные термометры очень широко используются в различных отраслях промышленности: металлургии, производстве стекла и керамики, полупроводников, пластика, бумаги и т.д. Радиационные термометры используются также в медицине, криминалистике, системах спасения людей и охраны.
Главная трудность состоит в измерении температуры тела, излучательная способность которого неизвестна. Объект измерения чаще всего далек от абсолютно черного тела, это может быть окисленная поверхность, полупрозрачное стекло, зеркальная поверхность и т.д. Кроме того, возникают трудности учета излучения, испущенного близлежащей областью и излучения отраженного от соседних объектов. К сожалению, не существует ни одного метода оптической пирометрии, который мог бы охватить весь набор встречающихся ситуаций. Однако разработаны различные подходы, каждый из которых способен преодолеть одну или две вышеупомянутые трудности.
Приборы этого типа имеют множество наименований: оптические пирометры, радиационные пирометры, пирометры полного излучения, автоматические инфракрасные термометры, термометры непрерывного излучения, линейные сканеры, тепловизионные радиометры, поверхностные пирометры, пирометры отношения, двухцветовые пирометры и т.п. Эти наименования больше связаны с назначением приборов. Общий термин, который применим к данному классу приборов и имеет техническое функциональное значение - радиационные термометры.
Спектр электромагнитного излучения
По спектральному диапазону термометры излучения могут быть разделены на следующие виды: полного излучения, широкополосного излучения, узкополосного излучения (монохроматические). Широкополосные пирометры работают обычно в широком диапазоне волн от 0,3 мкм до 2,5 - 20,5 мкм. Для наглядности приведем полный спектр электромагнитного излучения, где указаны границы ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей.
Оптическое разрешение
Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Оптическое разрешение определяется отношением диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если нужно измерять температуру объекта с расстояния 4 метра, то ИК термометр с оптическим разрешением 4: 1 вряд ли подойдет. Диаметр излучающей поверхности будет слишком большой, и в поле зрения термометра попадут посторонние объекты. Лучше выбрать разрешение, по крайней мере, 50:
1. Однако если необходимо принимать излучение с небольшого расстояния, то лучше выбрать термометр с разрешением 4: 1, т. к у него будет больше минимальная допустимая площадь излучения. Необходимо иметь ввиду, точность измерений температуры может значительно снижаться, если пользователь ошибочно нацеливает ИК термометр на большую площадь, чем площадь измеряемого объекта. У большинства современных термометров имеется специальный лазерный целеуказатель для точного наведения на объект измерения.
На рисунке изображен пирометр с оптическим разрешением 6: 1
Спектральный диапазон пирометра. Эффективная длина волны
На практике, большинство приемников излучения имеет существенно широкий диапазон волн и даже использование фильтров не достаточно ограничивает диапазон волн, чтобы можно было считать его строго монохроматическим. Однако кривая энергии в зависимости от длины волны очень крутая при короткой длине волны, и показания пирометров четко согласуются в значительном температурном диапазоне с расчетами Планка, соответствующими длине волны близкой к "отсечной” верхней длине волны системы приемник-фильтр. Понятие эффективной длины волны является весьма удобным для оценки скорости изменения энергии (и следовательно показаний пирометра) с изменением температуры, а также погрешности, возникающей от ошибки в определении коэффициента излучения поверхности.
пирометр бесконтактный термометр диапазон
В МЭК 62942 дано следующее определение спектрального диапазона и эффективной длины волны пирометра:
Спектральный диапазон
Спектральный диапазон приводится в мкм или нм. Спектральный диапазон определяется как нижний и верхний предел длины волны при достижении спектральной чувствительности 50 % от пика чувствительности. Может также приводится основная (эффективная) длина волны и полная ширина полосы пропускания, в которой чувствительность достигает 50 % от пика чувствительности (полная ширина на половине максимума (FWHM)).
Общепринято для монохроматичеких пирометров приводить эффективную длину волны в спектральном диапазоне и полную ширину на половине максимума (FWHM), а для широкополосных пирометров приводить верхний и нижний предел.
Приведем таблицу из МЭК 62942 (приложение 1), демонстрирующую изменение показаний пирометра, соответствующее изменению принимаемого излучения на 1 %, при опорной температуре пирометра 23°С
Изменение в индицируемой температуре соответствующее изменению принятого пирометром потока излучения рассчитывалось как:
В следующей таблице приведена погрешность, обусловленная 10% изменением излучательной способности при 500°С.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Средства измерения температуры. Характеристики термоэлектрических преобразователей. Принцип работы пирометров спектрального отношения. Приборы измерения избыточного и абсолютного давления. Виды жидкостных, деформационных и электрических манометров.
учебное пособие [1,3 M], добавлен 18.05.2014Разработка и совершенствование технологий измерения температуры с использованием люминесцентных, контактных и бесконтактных методов. Международная температурная шкала. Создание спиртовых, ртутных, манометрических и термоэлектрических термометров.
курсовая работа [476,6 K], добавлен 07.06.2014Методики, используемые при измерении температур пламени: контактные - с помощью термоэлектрического термометра, и бесконтактные - оптические. Установка для измерения. Перспективы применения бесконтактных оптических методов измерения температуры пламени.
курсовая работа [224,1 K], добавлен 24.03.2008Понятие и источники теплового излучения, его закономерности. Классификация пирометрических методов и приборов измерения температур. Устройство и принцип работы пирометра типа ОППИР-09, методика проведения его поверки, возможные поломки и их ремонт.
курсовая работа [794,4 K], добавлен 02.12.2012Измерение температуры с помощью мостовой схемы. Разработка функциональной схемы измерения температуры с применением термометра сопротивления. Реализация математической модели четырехпроводной схемы измерения температуры с использованием источника тока.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 19.09.2019Сущность и физическое обоснование явления голографии как восстановления изображения предмета. Свойства источников: когерентность, поляризация, длина волны света. Классификация и типы голографии, сферы практического применения данного явления, технологии.
реферат [185,3 K], добавлен 11.06.2013Основные сведения о температуре и температурных шкалах, возможность проводить измерение. Использование на практике термометров и требования к средствам измерений, входящих в состав государственных эталонов соответствующих диапазонов температуры.
реферат [19,7 K], добавлен 27.03.2009Характеристика величины, характеризующей тепловое состояние тела или меры его "нагретости". Причина Броуновского движения. Прародитель современных термометров, их виды. Единицы измерения температуры, типы шкал. Эксперимент по изготовлению термоскопа.
презентация [297,1 K], добавлен 14.01.2014Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии, на краю экрана, Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка как спектральный прибор, принцип ее действия и сферы применения. Понятие и содержание голографии, ее значение.
презентация [1,3 M], добавлен 16.11.2012Принцип работы электрических, жидкостных, механических, газовых и оптических термометров. Особенности создания абсолютной шкалы температур английским физиком Вильямом Томсоном. Изобретение первого термометра Галилеем и схематический принцип его действия.
презентация [855,2 K], добавлен 20.11.2011
