68010

Контрольно-вимірювальні прилади

Реферат

Энергетика

Оцінюють температуру за допомогою перерахованого показника потужності теплового випромінювання. Якщо пірометр вимірює в широкій смузі спектрального випромінювання то такий пірометр називають пірометром повного випромінювання. Колірні інші назви: мультиспектральні спектрального відношення дозволяють...

Украинкский

2014-09-17

307.71 KB

5 чел.

Вступ

Кінець  ХХ століття ознаменувався стрімким розвитком електронної техніки, оновленням  засобів вимірювання, застосовуваних  в целюлозно - паперовому виробництві.  З'явилися прилади, що використовують нові принципи виміру технологічних параметрів. Інформація про нові розробки не завжди вчасно доходить до учбових закладів. Автори цього навчального посібника розуміють, що їх робота відстає від новітніх вимог промисловості, тому в тему "Контрольні - вимірювальні прилади" включили найбільш доступні матеріали.

Вимірювання температури

Температурою називають фізичну величину, характеризую¬щую міру нагретости тіла. Це поняття пов'язане із здатністю тіла з більш високою температурою передавати свою теплоту тілу з нижчою температурою до тих пір, поки їх температури не порівняються. Одночасно зі зміною температури тіл міняються і їх фізичні властивості.

Прилади для вимірювання температури класифікують залежно від того, який метод вимірювання покладений в основу їх конструкції : контактний(метод безпосереднього контакту вимірювального приладу з вимірюваним середовищем) і безконтактний (метод, грунтований на розташуванні вимірювального  приладу на відстані від вимірюваного середовища), на основі якого саме побудовані пірометри.

Класифікація пірометрів

Пірометри можна розділити за декількома основними ознаками:

Яскравісні. Дозволяють візуально визначати, як правило, без використання спеціальних пристроїв, температуру нагрітого тіла, шляхом порівняння його кольору з кольором еталонної нитки.

Радіаційні. Оцінюють температуру за допомогою перерахованого показника потужності теплового випромінювання. Якщо пірометр вимірює в широкій смузі спектрального випромінювання, то такий пірометр називають пірометром повного випромінювання.

Колірні(інші назви: мультиспектральні, спектрального відношення) - дозволяють робити висновок про температуру об'єкту, грунтуючись на результатах порівняння його теплового випромінювання в різних спектрах.

Температурний діапазон

Низькотемпературні. Мають здатність показувати температури об'єктів, що мають навіть негативні значення цього параметра.

Високотемпературні. Оцінюють лише температуру сильно нагрітих тіл, коли визначення "на око" не представляється можливим. Зазвичай мають сильне зміщення на користь "верхньої" межі виміру.

Виконання

Переносні. Зручні в експлуатації в умовах, коли потрібна висока точність вимірів, в сукупності з хорошими рухливими властивостями, наприклад для оцінки температури важкодоступних ділянок трубопроводів. Зазвичай забезпечені невеликим дисплеєм, що відображає графічну або текстово-цифрову інформацію.

Стаціонарні. Призначені для точнішої оцінки температури об'єктів. Використовуються в основному у великій промисловості, для безперервного контролю технологічного процесу виробництва розплавів металів і пластиків.

Візуалізація величин

Текстово-цифровий метод. Вимірювана температура виражається в градусах на цифровому дисплеї. Попутно можна бачити додаткову інформацію.

Графічний метод. Дозволяє бачити спостережуваний об'єкт в спектральному розкладанні ділянок низьких, середніх і високих температур, виділених різними кольорами.

Незалежно від класифікації, пірометри можуть забезпечуватися додатковими джерелами живлення, а також засобами передачі інформації і зв'язку з комп'ютером або спеціалізованими пристроями(зазвичай через шину RS - 232).
Пірометри випромінювання   застосовують для виміру температури твердих і розплавлених тіл в межах від 400 до 4000°С. Ин¬тенсивность випромінювання розжарених тіл залежить від температури їх нагріву. Чим вище ця температура, тим більше випромінювання.

Пірометри, що вимірюють температуру по яскравості розжареного тіла, відомі під назвою пірометрів часткового випромінювання; до них відносяться оптичні і фотоелектричні пірометри. Оптичні пірометри для стаціонарних вимірів не застосовують. Для виміру потужності повного випромінювання розжарених тіл, тобто сумарного теплового і світлового, служать радіаційні пірометри, їх називають ще пірометрами повного випромінювання.

 Фотоелектричні пірометри. У них використано властивість фотоелемента утворювати під дією яскраво розжареного тіла фотоелектричний струм, значення якого пропорційне інтенсивності того, що падає на фотоелемент світлового потоку.

Фотоелектричний пірометр(мал. 10.3, а) складається з візирної голівки б, силового блоку 2, стабілізатора напруги 1, электронного потенціометра 14 і подільного трансформатора 15. У візирній голівці, що є первинним приладом пірометра, поміщений фотоелемент 12. Для виміру температури візирну голівку встановлюють так, що світловий потік від випромінювача 5 спрямовується через лінзу 4 об'єктиви на фотоелемент. Правильне наведення візирної голівки на випромінювач робиться за допомогою окуляра 11 і дзеркального відбивача 7. Перед касетою встановлений електромагнітний вібратор 8, заслінка якого вібрує з частотою електричного струму 50 Гц і поперемінно відкриває отвори касети Р, пропускаючи на фотоелемент світловий потік то від випромінювача, то від лампи розжарювання 3, що є еталоном.

Під впливом світлових потоків від випромінювача і лампи розжарювання на фотоелементі утворюється змінний фотоелектричний струм, сила якого залежить від різниці світлових потоків. Змінна напруга фотоелектричного струму спочатку посилюється електронним підсилювачем Д, розташованим у візирній голівці, а потім в силовому блоці.

Лампа розжарювання підключена до вихідного каскаду силового блоку. Якщо світлові потоки від випромінювача і лампи розжарювання однакові, то однакові і електричні імпульси, що посилаються фотоелементом у вимірювальний ланцюг. Якщо температура випромінювача збільшиться, то імпульси, що посилаються фотоелементом, також збільшуватимуться, внаслідок чого струм в лампі розжарювання зросте до відновлення рівноваги. Таким чином, схема, реагуючи на нерівновагу(розбаланс) імпульсів фотоелемента, буде непре¬рывно змінювати значення струму, що протікає через лампу, забезпечуючи рівність потоків лампи розжарювання і випромінювача. Вимірюючи силу струму, що протікає через лампу розжарювання, можна визначати температуру випромінювача.

Для виміру сили струму використаний самописний електронний  потенціометр 14, підключений до шунта, який знаходиться в ланцюзі лампи розжарювання.

Мал. 10.3. Фотоелектричний(а) і радіаційний(б) пірометри випромінювання :

1 - стабілізатор напруги; 2 - силовий блок; 3 - лампа розжарювання; 4 - лінза; 5 - випромінювач; 6 - візирна голівка; 7 - дзеркальний відбивач; 8 – електромагнітний вібратор; 9 - касета; 10 - світлофільтр; // - окуляр; 12 - фотоелемент; 13 – електронний підсилювач; Ц - електронний потенціометр; 15 - розділовий трансформатор; 16 - діафрагма; 17 - об'єктив телескопа; 18 - термоприймач; 19 - скляна колба; 20 - мідний кожух; 21 - цоколь; 22 - вторинний прилад; 23 -мідні дроти

 Фотоелектричні пірометри застосовують для автоматичного контролю так званої яскравісної температури в межах від 600 до 4000° З(наприклад, прокатуваного металу).

 Радіаційні пірометри складаються з наступних основних частин: телескоп вторинного вимірювального приладу і панелі з котушками опору. Залежно від конст¬руктивного виконання телескопи, що є первинним приладом(перетворювачем), розділяються на рефлекторні і рефракторні. У пірометрах з рефлекторним телескопом потік випромінювання концентрується на чутливому елементі за допомогою сферичного дзеркала-рефлектора, а в пірометрах з рефракторним телескопом-с допомогою двоопуклої схеклянной лінзи об'єктиву.

Розглянемо принципову схему радіаційного пірометра з рефракторним телескопом(мал. 10.3, б), що отримав найбільш широке застосування. Об'єктив 17 телескопа направляють(візують) на випромінювач 5(в даному випадку - отвори в кладці печі) так, щоб потік променів від нього проходив через лінзу 4 об'єктиви і концентрувався на термоприемнике 18 - чутливому елементі телескопа. Термоприемник є термобатареєю, що складається з десяти мініатюрних термоелектричних термометрів, сполучених послідовно для збільшення термо-ЕРС.

Лінза окуляра 11 призначена для правильного наведення(візування) телескопа на нагріте тіло, захисне скло - для оберігання очей спостерігача, а діафрагма 16-для підгонки напруги на затисках телескопа при його градуюванні.

Телескоп застосовують для виміру температури нагрітих тіл в межах від 400 до 2500°С. Оптична система(лінзи об'єктиву і окуляра), чутливий елемент(термобатарея), діафрагма і захисне скло поміщені в литий циліндричний корпус, оснащений штуцером для кріплення телескопа.

Найбільш поширеним радіаційним пірометром є пірометр РАПІР, основним елементом якого є телескоп ТЭРА-50 з термобатареєю, що перетворює теплове випромінювання нагрітого тіла в ТЕРМО-ЕРС, вимірювану вторинним приладом.

Окрім телескопа ТЭРА-50 в комплект пірометра РАПІР входять панель з котушками опорів, захисна арматура ЗАРТ-53, один або два вторинні прилади(мілівольтметри або потенціометри) і сполучні мідні дроти. Арматура ЗАРТ-53 захищає телескоп від можливих механічних пошкоджень, забруднень і головним чином від високої температури довкілля.

    

Мал. 10.4. Загальний вигляд телескоп ТЭРА-50: 1 - затиски для підключення вимірювального приладу; 2 - лінза окуляра; 3 - корпус телескопа; 4 - термобатарея; 5 - фланець; 6 - лінза об'єктиву; 7 - діафрагма; 8 – штуцер

При вимірі радіаційним пірометром температури рас¬плавленого металу застосовують так звані гартівні труби(захисні вогнетривкі чохли).

Агрегатний комплект стаціонарних пірометрів РАПИР-С(ГСП) відноситься до пірометрів повного і часткового випромінювання і призначений для безконтактного вимірювання і контролю радіаційної температури поверхонь від 100 до 2500°С.

Перетворювачі цих пірометрів працюють в комплекті з вторинними вимірювальними перетворювачами ПВ-0.

У комплект АПИР-С входить декілька первинних перетворювачів, призначених для виміру різних температур.

Розглянемо пристрій і принцип дії одного з найбільш поширених первинних перетворювачів ППТ-121(мал. 10.5) для виміру температури повного випромінювання.

     

Мал. 10.5. Пирометрический перетворювач ППТ-121:

1 - кронштейн; 2 - приймальний елемент(термобатарея); 3 - конденсор; 4 - конденсорні лінзи; 5 - польова діафрагма; 6 - апертурна діафрагма; 7 - лінза об'єктиву; 8 - захисне скло; 9 - зовнішня труба; 10 –роз’єм

Він складається з двох основних вузлів: об'єктиву, призначеного для передачі енергії випромінювання від об'єкту виміру в приймальний пристрій, і приймального пристрою, що перетворює енергію випромінювання в електричний сигнал ТЕРМО-ЭДС. Об'єктив зібраний на кронштейні 1 і складається із завальцованної в металевій втулці лінзи 7 об'єктиву, польової діафрагми 5, апертурної діафрагми 6 і конденсора 3.

Лінза служить для отримання зображення об'єкту в площині польової діафрагми, яка укріплена на кронштейні за допомогою гвинта. Конденсор, що складається з втулки і двох однакових конденсорних лінз 4, передає зображення від польової діафрагми в площину приймального елементу 2 приймального пристрою.

Приймальний елемент є термобатареєю з мініатюрних фольгових хромель-копелевих термоелектричних термометрів(термопар), сполучених послідовно для збільшення ТЕРМО-ЭДС.

ТЕРМО-ЭДС, що розвивається термобатареєю, залежить від різниці температур гарячих спаїв, що нагріваються сфокусованим випроміненням, і холодних спаїв, що мають хороший тепловий контакт через мідну шайбу з корпусом перетворювача. Температура холодних спаїв залежить від температури довкілля і, зокрема, від температури корпусу перетворювача, в якому знаходиться термобатарея.

Для налаштування стандартної градуювальної характеристики термобатареї використовують апертурну діафрагму 6, яку переміщають до підгонки градуювальної характеристики перетворювача до номінальної.

Зовнішню трубу 9 пірометра надівають на об'єктив і закріпляють кришкою із склом 8, що оберігає об'єктив від забруднення. Підключають перетворювач ППТ-121 у вимірювальну схему за допомогою роз'єму 10.

Вторинний вимірювальний перетворювач ПВ-0 призначений для посилення і перетворення у вихідний сигнал ГСП напруги низького рівня, що поступає від первинного пирометрического перетворювача повного випромінювання ППТ-121.

Сигнал низького рівня, пропорційний вимірюваною темпі¬ратуре об'єкту, від первинного пирометричного перетворювача повного випромінювання ППТ поступає на вхід перетворювача ПВ-0, де він перетвориться і посилюється до напруги 0...2 В.

 Колірні пірометри

Більшість сучасних колірних пірометрів, вживаних в промисловості, побудовано на принципі порівняння інтенсивності випромінювання(яскравостей) двох вузьких монохроматичних ділянок видимого спектру. Найбільшим інтересом є пірометри, що використовують для оцінки інтенсивностей випромінювання фотоелементи, оскільки це дозволяє створити прилади, об'єктивно і безперервно вимірюючі температури.

      

Мал. 20. Спрощена схема колірного пірометра ЦЭП-3.

Інтенсивність випромінювання кожного з двох ділянок спектру можна вимірювати своїм фотоелементом і, порівнюючи фотоструми від них, визначати температуру. Проте з часом характеристики фотоелементів змінюються неоднаково, що вносить погрішності в первинне градуювання приладу. Тому для визначення інтенсивності випромінювання обох ділянок спектру доцільніше використати один фотоелемент.

На мал. 20 приведена в спрощеному виді схема колірного пірометра типу ЦЭП-3. Потік випромінювання від вимірюваного тіла Т поступає через об'єктив Об і діафрагму Д до обтюратора О що обертається електричним двигуном ЕД із швидкістю 50 обертів на секунду.

На обтюраторі встановлені два комплекти кольорових скляних світлофільтрів СФ і КФ, що пропускають вузькі діапазони довжин хвиль, що відповідають ефективним довжинам синіх і червоних хвиль. В результаті на фотоелемент Ф по черзі попадають промені то синій, то червоної ефективної довжини. Імпульси фотоструму різної величини, що утворюються, перетворяться в електронному підсилювачі ЭУ в сигнали, пропорційні логарифму відношення фотострумів - функції значення колірної температури.

Синхронний комутатор СК дозволяє підсилювачу ЭУ розрізняти колір вхідного сигналу. Результати виміру фіксуються автоматичним потенціометром АП.

Пірометром ЦЭП-3 можна вимірювати колірні температури в інтервалі 1400-2800°С. Увесь цей інтервал температур ділиться на піддіапазони по 200-300°З, для кожного з яких исполь¬зуется свій обтюратор із спеціально підібраними комплектами колірних і поглинаючих фільтрів. Шкала пірометрів ЦЭП-3 умовна. Для перекладу на колірну температуру користуються спе¬циальными графіками для кожного піддіапазону виміру.

Допустима погрішність і варіація свідчень не повинні перевищують 1 т верхньої межі виміру того, що відповідає під¬діапазону. В процесі эксплуатації за рахунок поступової зміни спектральної чутливості фотоелемента, пов'язаної з його старінням, градуювання приладу змінюється, і необхідно приблизно через кожні 30 діб її коригувати. Тому при оцінці погрішності виміру потрібно враховувати додатково величину погрішності зразкових або контрольних ламп, по котрим градуюється і перевіряється пірометр.

 Для зниження безповоротних змін характеристики фотоелементу останній поміщають в термостат, тепловий режим котрого стабілізується проточною водою.

 

Рис.21. Схема візуального колірного пірометра із застосуванням люмінофора

З великого числа запропонованих візуальних колірних пірометрів простих конструкцій цікавий пірометр з використанням люмінофорів. Люмінофори, наприклад, цинк-кадмій-сульфітні, мають здатність трансформувати випромінювання однієї області спектру в еквівалентне випромінювання іншої області, зокрема, синій в оранжево-червону.

На мал. 21 показана схема візуального люмінофорного колірного пірометра. Потік випромінювання проходить через червоний КФ і паралельний через синій СФ світло-фільтр, що виділяють відповідні вузькі області випромінювання. Синя ділянка спектра потрапляє на люмінофор Л і перетвориться в оранжево-червоне випромінювання. Червона ділянка спектру може ослаблятися оптичним клином ОК. Процес виміру температури зводиться до зрівнювання на молочному склі М.С за допомогою клину ОКИ перетвореного синього випромінювання з ослабленим червоним. Температуру відраховують за шкалою, пов'язаною з положенням клину. Погрішність виміру складає приблизно 30°З при температурі 2500 К. Нижня межа виміру приблизно дорівнює 2000 К.

За кордоном поширені портативні візуальні колірні пірометри порівняно невеликій точності виміру. Застосовуючи ці термометри, завжди обмежуються відлічуваною колірною температурою, не роблячи ніяких переобчислень на дійсну.

Основні джерела похибки пірометрів:

Найважливішими характеристиками пірометра, що визначають точність виміру температури є оптичне розширення налаштування міри чорноти об'єкту [1].

Іноді оптичний дозвіл називають показником візування. Цей показник розраховується як відношення діаметру плями(круга) на поверхні, випромінювання з якого реєструється пірометром до відстані до об'єкту. Щоб правильно вибрати прилад, необхідно знати сферу його застосування. Якщо необхідно проводити виміри температури з невеликої відстані, то краще вибрати термометр з невеликим дозволом, наприклад, 4: 1. Якщо температуру необхідно вимірювати з відстані в декілька метрів, то рекомендується вибирати пірометр з великим дозволом, щоб в поле зору не потрапили сторонні предмети. У багатьох пірометрів є лазерний целеуказатель для точного наведення на об'єкт.

Cтупінь чорноти(чи коефіцієнт випромінювання) характеризує властивості поверхні об'єкту, температуру якого вимірює пірометр. Цей показник визначається як відношення енергії, випромінюваною цією поверхнею при певній температурі до енергії випромінювання абсолютно чорного тіла при тій же температурі. Він може набувати значень від 0,1 до близьких до 1. неправильний вибір коефіцієнта випромінювання - основне джерело погрішності для усіх пірометричних методів виміру температури [2]. На коефіцієнт випромінювання сильно впливає окисленість поверхні металів. Так, якщо для сталі окисленої коефіцієнт складає приблизно 0,85, то для полірованої сталі він знижується до 0,075.

Застосування

Теплоенергетика - для швидкого і точного контролю температури на ділянках не доступних або мало доступних для іншого виду виміру.

Електроенергетика - контроль і пожежна безпека, експлуатація об'єктів(залізничний транспорт - контроль температури букс і відповідальних вузлів вантажних і пасажирських вагонів).

Лабораторні дослідження - при проведенні досліджень активних речовин в активних середовищах, а також в тих випадках, при яких контактний метод порушує чистоту експерименту(наприклад, тіло настільки мало що при вимірі контактним методом втратить істотну частину теплоти, або просто занадто крихке для такого типу виміру). Застосовується в космонавтиці(контроль, досліди)

Будівництво - пірометри застосовують для визначення тепловтрат у будівлях житлового і промислового призначення, на теплотрасах, для ефективного знаходження проривів теплоізоляційної оболонки.

Побутове застосування - вимір температури тіла, їжі при приготуванні, і багато що інше.

Міністерство освіти та науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Реферат

на тему:

Виконав

ст.гр. МТ-21

Сидорович А.

Прийняв

доц. Ришковський О.П.

Львів-2012 р.

Список використаної літератури

Линевег Ф. Вимірювання температур в техніці. Довідник. - Москва "Металургія", 1980

Криксунов Л. З. Довідник з основ інфрачервоної техніки. - М.: Радянське радіо, 1978. - 400 с.

Кременчуцький Л. С., Ройцина О. В. Піроелектричні приймачі випромінювання. - Київ: Наук. думання, 1979. - 381 с.

Температурні виміри. Довідник. - Київ: Наукова думка, 1989, 703 с.

Рибо Г. Оптична пірометрія, пер. з франц., М. - Л., 1934

Гордов А. Н. Основи пірометрії, 2 видавництва, М., 1971.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35622. Ночная сорочка. Творческий проект 24.2 KB
  Задачи 1 Провести исследование и разработать эскиз моего проектного изделия. 4 Изготовить выкройку швейного изделия. 5 Подобрать ткань для изделия. Критерии выбора идеи изделия 1 Технология изготовления соответствует программе 7 класса.
35623. ИЗГОТОВЛЕНИЕ полки для цветов. ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ 48.09 KB
  РАЗДЕЛЫ ПРОЕКТА 1. Обоснование выбора данного проекта 2. Описание собственной работы над проектом разработка эскизов шаблонов ознакомление с литературой подготовка материалов инструментов выполнение теоретической части проекта выполнение практической части проекта оформление проекта защита проекта 5. Достоинства проекта 6.
35624. Оформление бутылки в технике декупаж. Творческий проект 1.1 MB
  Исследование выявление традиций истории стеклянной бутылки. Как только человек научился лить стекло едва ли не первыми предметами стекольного производства стали бутылки. Прошло немало времени пока бутылки приобрели современную стройность и благородную стать.
35625. Подставка для салфеток. Творческий проект 75.07 KB
  Орска} ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ Изготовление: Подставка для салфеток. Что такое творческий проект Творческий проект самостоятельная итоговая работа. Проект может состоять из отдельных частей например эскизов рисунков чертежей на изготовление какоголибо изделия или разработку технологического процесса. Варианты проектов могут быть самыми различными.
35626. Вышивка гладью. Творческий проект 267.35 KB
  История €œВышивки гладью€. Техника вышивания гладью. История €œВышивки гладью€ Вышивка гладью еще с древних времен женщины занимались таким рукодельем как вышивка.
35627. Танец. Мой коллектив Хорошки 4.65 MB
  Танец вид искусства в котором художественный образ создается посредством ритмичных пластических движений и смены выразительных положений человеческого тела. Танец неразрывно связан с музыкой эмоциональнообразное содержание которой находит свое воплощение в его движениях фигурах композиции. Определение того что такое танец сильно зависит от исторического и культурного контекстов.
35628. Творческий проект на тему: «Прихватка» 400.99 KB
  1й ряд: свяжите 4 воздушные петли подъема затем в кольцо №1 выполните 2 столбика с 2 накидами 3 воздушные петли 3 столбика с 2 накидами 12 воздушных петель 3 столбика с 2 накидами 3 воздушные петли 3 столбика с 2 накидами затем в кольцо №2 выполните 3 столбика с 2 накидами 3 воздушные петли 3 столбика с 2 накидами 12 воздушных петель 3 столбика с 2 накидами 3 воздушные петли 3 столбика с 2 накидами и свяжите 5 воздушных петель для перехода к следующему ряду. Связав 17й ряд соедините обе половинки прихватки вместе провязав 3й...
35629. Подсолнухи за окном. Творческий проект 24.34 KB
  ИСКУССТВО ДЕКОРА ИСТОРИЯ ВЫШИВКИ ЛЕНТАМИ Обычай украшать свои прически и одежду разноцветными и узкими полосками ткани было широко распространено еще в древние времена и на всех континентах начиная Америкой и заканчивая Австралией. В Древнем Риме и Греции знатные люди украшали свою одежду всевозможными лентами и тесьмой богато украшенными серебряными и золотыми монетами нитями и бусинками. С этого момента французские дворяне стали отделывать свои камзолы и плащи парчовыми и золотыми лентами позументами и галунами. Короли с удовольствием...