Тепловой метод контроля

    - возможностью  измерения высоких температур, при  которых применение контактных  средств измерения либо невозможно, либо время их работы очень  невелико;

    - возможностью  работы в условиях повышенной  радиации и температуры окружающей среды (до 250°С) при разнесении приемной головки и электроники пирометра с помощью оптоволоконного кабеля.

 

    2. Основными  недостатками пирометрических измерений  температуры являются трудности  полного учета связей между  термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром тепловой радиацией. Необходимо учитывать изменение излучательной способности поверхности e от длины волны l в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры T в диапазоне измерений, наличие поглощения излучения в среде между пирометром и объектом контроля, геометрические параметры поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса прибора. Рассмотрим основные факторы, влияющие на точность результатов измерений пирометром более подробно:

 

    а)  Как известно, пирометр вычисляет температуру  объекта измеряя поток теплового  излучения с некоторой части  его поверхности в рабочей  области спектра (либо используя  отношение потоков в двух и  более областях спектра – в пирометрах спектрального отношения).

    Для расчета  плотности излучения в заданном  спектральном интервале применяют  закон Планка, который является  основным и наиболее общим  законом в теории теплового  излучения:

 

         , Вт/см³,  где

 

 

 

ε - излучательная способность, С1 и С2 – первая и вторая постоянные Планка, l - длина волны, Т – температура.

 

    Объект, полностью  поглощающий падающее на него  излучение, обладает наибольшей  излучательной способностью e = 1 и называется “абсолютно черным телом” (АЧТ). Реальные объекты имеют излучательную способность меньше 1 и, следовательно, излучают меньше энергии. Проблема заключается в том, что для большинства реальных объектов излучательная способность зависит от температуры и длины волны, т.е. e = f(l,T), а также от многих других факторов – материала и формы объекта, состояния поверхности, наличия оксидной пленки, конденсата влаги и т.п (см. рис. 1).

 

 

Рис. 1. Излучательная  способность АЧТ и реальных объектов

 

 

Дерево, пластик, органические материалы, камень, графит имеют излучательную  способность около 0.8-0.95, в противоположность  им излучательная способность металлов может изменяться в очень широких пределах, зависит от температуры и длины волны. Поверхность расплавленного металла образует гладкое зеркало, излучательная способность которого может быть менее 0.1, а излучательная способность плавающего на поверхности шлака может достигать значений 0.9-0.95.

Для корректного измерения  температуры необходимо точно указать  пирометру излучательную способность  объекта, для определения которой  можно воспользоваться справочными  данными либо некоторыми практическими  методами.

 

б)  Между пирометром и объектом не должно быть препятствий непрозрачных в рабочей области спектра  пирометра, в противном случае, в результате уменьшения потока излучения, показания пирометра будут занижены. Объект измерения, напротив, должен быть непрозрачным в данной области спектра.

   Значительные погрешности возникают также при загрязнении поверхностей оптической системы пирометра, что приводит к необходимости их периодической очистки, или, в особо тяжелых условиях, к непрерывному обдуву чистым воздухом.

 

в)  Оптическая система  формирует поле зрения пирометра – область пространства, в пределах которой производится измерение температуры. Для корректного проведения измерений необходимо чтобы объект полностью перекрывал поле зрения. В противном случае, во первых, поток теплового излучения попадающий на приемник (датчик) пирометра от объекта измерения уменьшится пропорционально сокращению перекрываемой объектом площади, во вторых, на приемник будет попадать излучение заднего фона (объектов, расположенных за объектом измерения).

    В качестве параметра, определяющего диаметр поля зрения пирометра, обычно используют “показатель визирования” h, равный отношению диаметра поля зрения к расстоянию до точки измерения.

 

Наиболее точно рассчитать диаметр поля зрения  возможно при  использовании диаграммы поля зрения  пирометра, на которой приводится диаметр (или радиус) поля зрения в зависимости от расстояния до объекта измерения.

 

г)  Пирометром может  быть измерена только температура поверхности  объекта, измерение температуры  внутри объекта возможно лишь путем нарушения его целостности (что справедливо и для контактных средств измерения).

д)  Для настройки  и поверки пирометров необходимо использовать модели АЧТ, излучательная  способность которых близка к  единице и определена с высокой  точностью.

 

Рассмотрим модели пирометров выпускаемые Омском ОАО НПП "Эталон":

 

6 Прецизионные пирометры серии ПД-4

 

Прецизионные стационарные пирометры  серии ПД-4 благодаря высокому оптическому  разрешению обеспечивают возможность измерения температуры малых объектов, высокоскоростной процессор позволяет обрабатывать и передавать на ПЭВМ и токовый выход до 50 измерений в секунду. Оптическая система наведения позволяет наблюдать область измерения температуры на фоне объекта контроля.

 

В пирометрах серии ПД-4 предусмотрено:

- изменяемое фокусное  расстояние;

- изменение скорости  измерений от 1 до 50 изм./c;

- программируемый цифровой  фильтр;

- одновременный аналоговый  и цифровой выходы;

- связь с ПЭВМ по  интерфейсу RS-232 с гальванической развязкой;

- токовый выход с  программируемым диапазоном температур и режимами тока 0-5, 0-20 и 4-20 мА;

- сигнализация обрыва токового выхода (5В, 20мА);

- два программируемых  выходных ключа (5В, 20мА);

- контроль температуры  корпуса прибора.

 

Питание пирометра осуществляется от входящего в комплект поставки источника постоянного тока 18 В, 600 мА.

Модификации прибора  ПД-4-03, ПД-4-04 и ПД-4-06 предназначены  для высокоточного измерения  температуры в полостях образцовых излучателей типа моделей АЧТ, ампул реперных точек, поверки рабочих пирометрических средств. В пирометры устанавливаются интерференционные фильтры для обеспечения λ_эфф=656.3±10 нм и λ_эфф=950±10 нм. Модификация пирометра ПД-4-06 отличается более сложной схемой оптического тракта, в которую дополнительно устанавливаются оптические элементы для обеспечения параллельности хода лучей через интерференционный фильтр.

 

Основные технические  характеристики пирометров ПД-4-03, ПД-4-04:

 

Исполнение пирометра	Диапазон измерений, °C	Эффективная длина волны, нм
ПД-4-03	1200-2500	656.3±10
ПД-4-04	1000-2300	950±10

 

Основная приведенная  погрешность: 0.25%

Разрешающая способность:  0.01°C*

Показатель визирования   1:300

Температура окружающей среды  20±5°C

Коррекция     0.1-1.5,

излучательной способности    шаг 0.001

Габариты (без визирного устройства) Æ68,L=450мм

 

Основные технические  характеристики пирометров ПД-4-01, ПД-4-02, ПД-4-05:

 

Исполнение пирометра	Диапазон измерений, °C	Эффективная длина волны, нм
ПД-4-01	1000-2500	650±200
ПД-4-02	800-2300	950±200
ПД-4-05	800-2500	1550±200

 

Основная приведенная  погрешность: 0.5%

Разрешающая способность:  0.01°C*

Показатель визирования   1:100

Температура окружающей среды  5¸40°C

Коррекция     0.1-1.5,

излучательной способности    шаг 0.001

Габариты (без визирного  устройства) Æ68,L=400мм

 

Основные технические характеристики пирометра ПД-4-06:

 

Исполнение пирометра	Диапазон измерений, °C	Эффективная длина волны, нм
ПД-4-06	1000-2500	656.3±10

 

Основная приведенная  погрешность: 0.2%

Разрешающая способность:  0.01°C*

Показатель визирования   1:500

Температура окружающей среды  20±5°C

Коррекция     0.1-1.5,

излучательной способности    шаг 0.001

Габариты (без визирного  устройства) Æ68,L=500мм

 

*при включении цифрового  фильтра

 

Входящее в комплект поставки программное обеспечение Piro Visual, совместимое с Windows 95/98/XP, позволяет:

· идентифицировать пирометр

· отображать текущее, минимальное и максимальное значение температуры

· задавать коэффициент коррекции излучательной способности

·  сигнализировать о неисправности прибора или выходе параметров за допустимые значения

 

· Производить визуализацию измерений в виде  графика в режиме реального времени

· Вести непрерывную запись измерений в файл на жестком диске

· выводить графики или их фрагменты на принтер

 

 

· настраивать цифровой фильтр и быстродействие

· настраивать токовый выход

· проводить калибровку пирометра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Портативные пирометры серии ПП-1

 

 

 

Портативные пирометры  серии ПП-1 предназначены для бесконтактного измерения температуры поверхности объектов по их собственному тепловому излучению в диапазоне температур от –40 до +2000°C. Пирометры применяются для контроля состояния объектов и технологических процессов в различных отраслях, а также при проведении научных исследований.

 

Область применения:

- машиностроение;

- металлургия;

- энергетика;

- энергоаудит;

- жилищно-коммунальное  хозяйство и др.

 

Благодаря использованию  высококачественной германиевой оптики и специальных инфракрасных фильтров пирометры ПП-1 работают в спектральном диапазоне 8-14 мкм, в котором поглощение ИК-излучения атмосферой минимально. Наведение на объект контроля производится при помощи лазерного целеуказателя. Тепловое излучение объекта преобразуется датчиком в электрический сигнал, который после усиления обрабатывается микропроцессором и пересчитывается в значение температуры на основе калибровочных характеристик и излучательной способности объекта. Это значение температуры выводится на цифровой дисплей и записывается в энергонезависимую память пирометра, а также конвертируется в цифровой выходной сигнал и при помощи прикладного программного обеспечения Piro Visual отображается на дисплее компьютера.

 

В пирометрах серии ПП-1 предусмотрено:

- лазерный целеуказатель;

- цифровой фильтр;

- десятиразрядный ЖК-дисплей  с подсветкой;

- энергонезависимая память на 20 измерений;

- коэффициент коррекции  излучательной способности в  диапазоне 0.1-1.5 с шагом 0.01;

- подключение внешней  термопары типов S, R, B, J, T, E, K, N, A1, A2, A3, L, M;

- определение излучательной  способности объекта при подключении  внешней термопары;

- связь с ПЭВМ по  интерфейсу RS-232 с гальванической развязкой;

- часы;

- измерение напряжения  питания прибора;

- контроль температуры  корпуса прибора;

- визуальная и звуковая  сигнализация выхода параметров за допустимые значения;

- автоматическое отключение через заданное время.

 

Питание пирометра осуществляется от элемента типа «Крона», возможно подключение  пирометра к внешнему стабилизированному источнику постоянного тока 9 В, 50 мА.

 

Основные технические  характеристики пирометров ПП-1:

 

Конструктивное исполнение	Диапазон измеряемых температур,°С	Предел допускаемой  основной абсолютной и приведенной  погрешности
ПП-1-01	-20...400	4°С
ПП-1-02	100...1200	4°С в диапазоне температур от 100 до 400°С 1% в диапазоне от 400 до 1200°С
ПП-1-03	400...2000	1%
ПП-1-04	-40...2000	4°С в диапазоне температур от -20 до 400°С 1% в диапазоне от 400 до 2000°С