ГАОУ СПО Казанский энергетический техникум Пирометры Подготовила Шамсуварова

ГАОУ СПО «Казанский энергетический техникум» «Пирометры» Подготовила: Шамсуварова Д. М, Преподаватель: Гассельбах Т. Ф Казань, 2011 год

Содержание 1 Назначение 2 История 3 Классификация пирометров 3. 1 Температурный диапазон 3. 2 Исполнение 3. 3 Визуализация величин 4 Основные источники погрешности пирометров 5 Применения 6. Современные пирометры. 6. 1. Инфракрасные (одноцветные) пирометры 6. 2. Двухцветные пирометры 6. 3. Оптоволоконные пирометры

1. Назначение Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

2. История Один из первых пирометров изобрёл Питер ван Мушенбрук. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0 °C и даже ниже). Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60 -х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. Новый принцип построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии, позволил существенно расширить границы измерения температур твердых и жидких тел.

3. Классификация пирометров Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам: Яркостные. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветом эталонной нити. Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения. Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах. 3. 1. Температурный диапазон Низкотемпературные. Обладают способностью показывать температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра. Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.

3. 2. Исполнение Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами, например для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию. Стационарные. Предназначены для более точной оценки температуры объектов. Используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков. 3. 3 Визуализация величин Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию. Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами. Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).

4. Основные источники погрешности пирометров Самыми важными характеристиками пирометра, определяющими точность измерения температуры являются оптическое разрешение и настройка степени черноты объекта. Иногда оптическое разрешение называют показателем визирования. Этот показатель рассчитывается как отношение диаметра пятна (круга) на поверхности, излучение с которого регистрируется пирометром к расстоянию до объекта. Чтобы правильно выбрать прибор, необходимо знать сферу его применения. Если необходимо проводить измерения температуры с небольшого расстояния, то лучше выбрать термометр с небольшим разрешением, например, 4: 1. Если температуру необходимо измерять с расстояния в несколько метров, то рекомендуется выбирать пирометр с большим разрешением, чтобы в поле зрения не попали посторонние предметы. У многих пирометров есть лазерный целеуказатель для точного наведения на объект. Cтепень черноты (или коэффициент излучения) характеризует свойства поверхности объекта, температуру которого измеряет пирометр. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0, 1 до близких к 1. Неправильный выбор коэффициента излучения — основной источник погрешности для всех пирометрических методов измерения температуры [2]. На коэффициент излучения сильно влияет окисленность поверхности металлов. Так, если для стали окисленной коэффициент составляет примерно 0, 85, то для полированной стали он снижается до 0, 075. [3]

5. Применения Теплоэнергетика — для быстрого и точного контроля температуры на участках не доступных или мало доступных для другого вида измерения. Электроэнергетика — контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт — контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов). Лабораторные исследования — при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты) Строительство — пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки. Бытовое применение — измерение температуры тела, пищи приготовлении, и многое другое. Отдельная большая область применения пиросенсоров - датчики движения в системах охраны зданий. Датчики реагируют на изменение инфракрасного излучения в помещении.

6. Сегодняшние пирометры представляют собой сложнейшие оптические и электронные системы, позволяющие пользователю решить практическую любую задачу по измерению температуры тел в диапазоне от -50 до 3000 °C. Для того, чтобы правильно выбрать необходимый пирометр, пользователю нужен минимальный багаж знаний по функционированию и применению данных приборов. Основное при выборе пирометра это четко знать постановку задачи: какую поверхность и из какого материала необходимо измерять, какая температура измеряемой поверхности, с какой дистанции производить измерения, и что собой представляет окружающая среда и объекты, находящиеся между пирометром и измеряемой поверхностью. Ответ на эти четыре базовых вопроса позволит Вам определиться с типом пирометра, но возможно еще не с конкретной моделью. Сегодня все наиболее распространенные типы пирометров работают в инфракрасном спектре, тем не менее имеют абсолютно разные технологии преобразования светового излучения в электрический сигнал. Рассмотрим 3 типа пирометров: традиционные инфракрасные пирометры абсолютной энергии волны (инфракрасные пирометры), инфракрасные пирометры относительной энергии волн (двухцветные пирометры и оптоволоконные пирометры.

6. 1. Инфракрасные (одноцветные) пирометры Принцип действия традиционных инфракрасных пирометров основан на измерении абсолютного значения излучаемой энергии одной волны в инфракрасном спектре. На сегодня это относительно недорогой бесконтактный метод измерения температуры. Данные пирометры могут наводиться на объект с любой дистанции и ограничены лишь диаметром измеряемого пятна и прозрачностью окружающей среды, они идеальны для переносных моделей, и поэтому могут работать по принципу "навел и выстрелил". К их существенным недостаткам можно отнести чувствительность к загрязненности окружающей среды, что ограничивает их применение в запыленных, задымленных или влажных средах. На их показания также могут влиять сильные электромагнитные поля, поэтому их использование, например, рядом с индукционными нагревательными установками не желательно. Они также могут серьезно "врать" при измерении температуры поверхности объектов, переходящих во время технологического процесса из одного физического состояния в другое, когда у поверхности изменяется показатель черноты. К примеру, такое происходит во время разливки металла, когда материал переходит из жидкого состояния в твердое.

6. 2. Двухцветные пирометры появились относительно недавно. Принцип их работы основан на измерении отношения значений излучаемых энергий двух или более волн в разных цветовых спектрах (традиционные инфракрасные пирометры измеряют абсолютное значение излучаемой энергии одной волны и только в инфракрасном спектре). Применение более совершенной технологии позволяет избежать влияния пыли, дыма, газа и пара в окружающей среде на показания пирометра, а также исключить влияние изменения показателя черноты объекта, например в случае с разливкой металла. Такие пирометры без проблем измеряют даже через запыленное стекло экрана в печи.

6. 3. Оптоволоконные пирометры работают по такому же принципу как и традиционные инфракрасные пирометры. Разница состоит лишь в том, что световой поток транспортируется к детектору по оптоволоконному кабелю, который может быть изогнут в произвольной форме. Это свойство позволяет проводить измерения в труднодоступных местах или когда измеряемая поверхность находится не в прямом поле зрения. Кроме того, оптоволоконный кабель неподвержен влиянию сильных электромагнитных полей, устойчив к большим давлениям или вакууму, а также имеет максимальную температуру эксплуатации до 200 °C. Одновременным и плюсом и минусом оптоволоконных пирометров является фиксированный фокус. Плюс состоит в том, что можно выбрать модель пирометра с очень малым диаметром измеряемого пятна – вплоть до 0, 1 мм, минус – в том, что вы обязаны установить пирометр точно на указанной дистанции от измеряемой поверхности, что порой не всегда возможно.

Конец!!! Спасибо за внимание!!!!!