Теплообменники. Инжиниринговая компания ЛОТОС
Снижение энергозатрат производств и значительное уменьшение выбросов
тепла в атмосферу на фоне качественного улучшения жизни людей на Земле…
Статья
с внешнего источника

Пирометры

Пирометры (от греч. руr — огонь и metreo — измеряю) — оптические приборы для измерения температуры главным образом непрозрачных тел по их излучению в оптические диапазоне спектра (длины волн l в видимой части 0,4—0,76, в невидимой > 0,76 мкм).

Совокупность методов определения с помощью пирометров высоких температур называется пирометрией.

Квазимонохроматические (оптические) пирометры. Действие этих переносных приборов основано на сравнении яркости моно-хроматического излучения двух тел — тела, температуру которого измеряют, и эталонного. В качестве последнего обычно используют нить лампы накаливания с регулируемой яркостью излучения. Наиболее распространенный прибор данной группы-пирометры с «исчезающей» нитью (рис. 1). Внутри телескопической трубки в фокусе линзы объектива находится питаемая от аккумулятора через реостат пирометрическая лампа с подковообразной нитью. Для получения монохроматического 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.

(рисунок)

При подготовке оптические 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 так называемую яркостную температуру тела (равна температуре абсолютно черного тела того же углового размера, что и излучающее тело, и дающего такой же поток излучения на данной длине волны). Эту температуру (Tя) отсчитывают по одной из шкал отградуированного в градусах милливольтметра: верхней без серого светофильтра (для температур 800—14000C) и нижней со светофильтром (для температур свыше 13000C). Погрешность до 1% от диапазона измерений. По известной Тя истинную температуру тела определяют на основе законов теплового излучения.

Фотоэлектрические пирометры. В приборах различных  типов чувствительными элементами служат фотоэлементы с внешним фотоэффектом, в которых фототок пропорционален энергии излучения волн определенного участка спектра. В пирометрах этого типа (рис. 2) изображение раскаленного тела (температуру которого измеряют) с помощью объектива и диафрагмы 2 создается в плоскости одного из отверстий диафрагмы 3, расположенной, наряду с красным светофильтром, перед фотоэлементом. Последний через другое отверстие этой диафрагмы освещается регулируемым источником света электрической лампой. Благодаря колебаниям заслонки вибрационного 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 температурой тела, на сопротивлении Rвых преобразуется в напряжение, измеряемое автоматическим потенциометром, шкалы которого градуированы в градусах Тя. Фотоэлектрические пирометры выпускают одношкальными для измерения температур от 600 до 20000C или двушкальными (введен ослабляющий светофильтр) для определения более высоких температур; в первом случае погрешность не превышает 1%, во втором — 2,5% от диапазона измерений.

(рисунок)

Пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры). В промышленных приборах находится отношение так называемой спектральной энергетической яркости (излучение определенной длины волны, или яркости) реального тела с двумя заранее выбранными значениями длины волны. Для каждой температуры 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. Tаким образом, при вращении обтюратора на фотоэлемент попеременно попадают излучения разной интенсивности. Предварительно усиленный переменный ток, напряжение которого пропорционально соответствующим интенсивностям излучения, преобразуется электронным логарифмическим 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 верхнего предела.

(рисунок)

Пирометры полного излучения (радиационные пирометры) служат для измерения температуры по мощности излучения нагретого тела (рис. 4). Испускаемые им лучи с помощью оптические системы (рефракторной — преломляющей с линзой и диафрагмой или рефлекторной — отражающей с зеркалом) фокусируются на каком-либо преобразователе — обычно миниатюрной термоэлектрической батарее. Для наводки на нагретое тело используют окуляр с красным либо дымчатым светофильтром. Возбуждаемая в батарее термоэдс фиксируется потенциометром, шкала которого градуирована в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела. По измеренной радиационной температуре (900—2000 0C) истинную температуру раскаленного тела находят из специальной таблицы. Точное определение количества 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 производственной практике; они могут быть установлены стационарно, позволяют применять дистанционную передачу показаний, автоматически записывать и регулировать температуру.

(рисунок)

По сравнению с другими устройствами для измерения температуры пирометры позволяют определять ее бесконтактно при теоретически неограниченном верхнем пределе измерения; определять высокие температуры в газовых потоках при высоких скоростях и т. д. В промышленности пирометры широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов.

Литература:

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

Е. Ф. Шкотов

Калориметрия

Калориметрия (от лат. calor — тепло и греч. metreo — измеряю) — совокупность методов измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо процессе.

Для определения количества теплоты используют специальные приборы — калориметры. Совокупность частей калориметра, между которыми распределяется измеряемое количество теплоты, называется калориметрической системой. Она включает в себя калориметрический сосуд, в котором протекает изучаемый процесс, инструмент для измерения температуры (ртутный термометр, термометр сопротивления, термопара или термобатарея, терморезистор, кварцевый термометр и др.; при температурах выше 1300 К используют оптические пирометры), электрический нагреватель и др. Калориметрическую систему защищают экранами или оболочками, предназначенными для регулирования ее теплообмена с окружающей средой. Оболочки могут быть изотермическими или адиабатическими. Разность температур калориметрической системы и оболочки контролируют простыми и дифференциальными термопарами и термобатареями, терморезисторами и т. д. Температуру оболочки, снабженную электрическим нагревателем, регулируют автоматически с помощью электронных устройств. Все калориметры (в зависимости от принципа измерения количества теплоты) можно условно разделить на калориметры переменной температуры, постоянной температуры и теплопроводящие.

Читать целиком