Призначення, огляд розвитку і класифікація тепловізорів

                                                              ВСТУП

Актуальність вивчення питання  енергетичного аудиту та обстеження в сучасному суспільстві очевидна.         Цілком природно, що в сучасних умовах раціональне використання та економія енергії (енергозбереження - як найбільш часто у нас називають цей процес ) стає одним з найважливіших факторів економічного зростання та соціального розвитку, дозволяючи, при тих же рівнях енергозабезпечення національного господарства , направляти значні ресурси, що вивільняються на інші цілі - ріст продуктивності праці і доходів населення , розвиток соціальної інфраструктури , збільшення виробництва товарів і послуг і т.п.   Особливе місце серед енергозберігаючих заходів належить енергетичному обстеженню підприємств і організацій – енергоаудиту, з метою виявлення резервів економії палива та енергії і визначення першочергових заходів (пропозицій) щодо раціоналізації їх використання.    Енергетичне обстеження - обстеження енергетичних об'єктів, з метою виявлення енергетичної ефективності, визначення заходів щодо її підвищення і можливостей їх реалізації. Енергетичне обстеження включає в себе збір документальної інформації, інструментальне обстеження, аналіз інформації та розробку рекомендацій з енергозбереження.     Енергоаудит будівель і споруд проводиться з метою отримання об'єктивних даних про обсяг енергетичних ресурсів, що використовуються на підприємстві, визначення потенціалу енергозбереження та підвищення енергоефективності, розробки переліку заходів з енергозбереження та підвищення енергетичної ефективності підприємств .   Високопродуктивна, економічна і безпечна робота технологічних агрегатів машинобудівної промисловості вимагає застосування сучасних методів і засобів вимірювання величин, що характеризують хід виробничого процесу і стан обладнання.        Статистика показує, що з ростом споживання енергії на одного жителя на рік якість життя підвищується. Рівень життя також залежить і від ефективності використання енергії. Очевидно , що в країнах з більш високим споживанням енергії національний дохід на душу населення також вище.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 АНАЛІТИЧНА  ЧАСТИНА

 

1. Характеристика об’єкта дослідження

 

Температура є  одним з найважливіших параметрів технологічних процесів. Вона володіє деякими принциповими особливостями, що обумовлює необхідність застосування великої кількості методів і технічних засобів для її вимірювання.          Вимірювання температур поряд з вимірами інших величин має досить важливе значення в науці і техніці. Сучасне промислове виробництво неможливе без температурного контролю. Досить вказати на такі галузі промисловості, як чорна та кольорова металургія, хімічна і нафтопереробна промисловість, у багатьох технологічних процесах яких температурний контроль має вирішальне значення.       Температурою називають величину, що характеризує тепловий стан тіла. Згідно кінетичної теорії температурою називають фізичну величину, кількісно характеризує міру середньої кінетичної енергії теплового руху молекул якого тіла або речовини. З визначення температури слід, що вона не може бути виміряна безпосередньо і судити про неї можна по зміні інших фізичних властивостей тіл (об'єму, тиску, електричного опору, інтенсивності випромінювання і т.д.). Ці властивості тіл називають термометричними, а речовини, що характеризує такими властивостями, також називаються термометричними. З цієї причини неможливо створити еталон температури, подібно до того, як створюються еталони інших величин .

 

1. Рідинні скляні термометри

 
  Рідинні скляні термометри - використовують термометричну властивість теплового розширення тіл. Дія термометрів заснована на різниці коефіцієнтів теплового розширення термометричної речовини і оболонки, в якій воно знаходиться (термометричного скло або рідше кварцу).

 

 

Рисунок 1 - Схема рідинного скляного термометра

 
  Рідинний термометр складається з: 1 - довжина резервуар; 2 - глибина занурення; 3 - відстань від дна резервуара до нижнього номінального межі основної шкали; 4 - відстань від верхньої частини воронки резервуара до нижнього номінального межі додаткової шкали; 5 - відстань від верху нижнього запасного резервуара до нижнього номінального межі основної шкали; 6 - довжина шкали; 7 - загальна довжина; 8 - резервуар; 9 - допоміжна шкала; 10 - нижній запасний резервуар; 11 - лінія занурення ( якщо вказується); 12 - основна шкала; 13 - запасний резервуар; 14 - шкальна пластина; 15 - запасний резервуар; 16 - запаяний верх оболонки; 17 - довжина резервуара; 18 - відстань від дна резервуара до нижнього номінального межі основної шкали; 19 - глибина занурення; 20 - відстань від верхньої частини воронки резервуара до нижнього номінального межі додаткової шкали; 21 - загальна довжина; 22 - відстань від верху нижнього запасного резервуара до нижнього номінального межі основної шкали; 23 - довжина шкали; 24 - колечко; 25 – кнопка.

Термометрична речовина заповнює балон і частково капілярну трубку. Вільний простір в капілярній трубці і в запасному резервуарі заповнюється інертним газом або може перебувати під вакуумом. Запасний резервуар або виступає за верхнім розподілом шкали частина капілярної трубки служить для оберігання термометра від псування при надмірному перегріві.

  Температуру відраховують по висоті рівня в капілярній трубці. Градусна шкала наноситься або безпосередньо на зовнішню поверхню масивного товстостінного, або на спеціальну шкальну пластинку, розположену всередині зовнішньої скляної оболонки, або на прикладну шкальну платівку, до якої прикріплюється капілярна трубка.

 
  1.1.2 Термометри опору

 

Термометр опору - прилад для вимірювання температури, електричний опір чутливого елемента (сенсора) якого залежить від температури. У якості чутливого елемента використовуються терморезистори з металевого чи напівпровідникового матеріалу.

Властивість металів і сплавів змінювати електричний опір зі зміною температури послужило основою для створення термометрів опору. Термометри опору позбавлені ряду недоліків властивих рідинним термометрам, свідчення яких залежать від температури навколишнього середовища, похибок калібрування. Термометри опору застосовують при точних вимірах температур  (до 0,01 °С), починаючи від близьких до абсолютного нуля і до 1 000 °С.

Електричні  термометри опору практично дозволяють вимірювати температуру з високим  ступенем точності - до 0,02 °С, а при вимірах невеликій різниці температур - до 0,0005 °С. Обов'язкова наявність джерела струму, а також великі розміри чутливого елемента у термометрів опору обмежують їх застосування. Якщо у термопар температура визначається в точці з'єднання двох термо-електродів, то у термометрів опору - на ділянці деякої довжини. Частіше застосовують металеві термометри опору. Матеріали для термометрів опору повинні володіти наступними властивостями:

- високим питомим опором;

- високим температурним коефіцієнтом;

- хімічної інертністю;

- легкої технологічної відтворюваністю;

- дешевизною;

- постійністю фізичних властивостей у часі.

Металеві сплави, що володіють зазвичай високим питомим  опором, але невеликим температурним  коефіцієнтом, непридатні в якості матеріалу для термометрів опору. Неодноразові спроби широкого використання нікелю і заліза, що володіють великим температурним коефіцієнтом і високим питомим опором, практично зазнали невдачі. Ці метали в чистому вигляді отримати важко. Крім того, вони вкрай слабо протистоять хімічним впливам. З різних причин відпала можливість використовувати і багато інші метали.

 

1.1.3 Пірометри

 

Пірометр - прилад для безконтактного вимірювання температури тіл. Принцип дії заснований на вимірюванні потужності теплового випромінювання об'єкта вимірювання переважно в діапазонах інфрачервоного випромінювання і видимого світла, вони поділяються на групи, відповідно до низки ознак. Найважливішою з них на практиці є температурний діапазон, у якому може вимірювати температуру прилад. Саме ця ознака великою мірою визначає і принцип роботи приладу і технології, які були в ньому застосовані. Так, наприклад, температуру плавлення металів набагато ефективніше фіксують пірометри, що вимірюють температуру за показником яскравості, порівнюючи колір досліджуваного об’єкта з кольором еталонної нитки. Вимірювання температури газів ефективніше проводиться хроматичними, або як їх ще називають, мультиспектральними пірометрами, які отримують температурні показники на базі порівняння теплового випромінювання у кількох різних спектрах. Температуру плазми та внутрішніх середовищ робочих зон високотемпературних об’єктів традиційно отримують за допомогою так званих радіаційних пірометрів (або ж пірометрів повного випромінювання), які оцінюють дуже широкий спектр випромінювання. 
    Також ці прилади можуть бути як стаціонарними, так і переносними, а також розрізняються за широтою спектрального діапазону вимірюваного випромінювання, про що було сказано вище.

 

1.2.3.1 Оптичні  пірометри

 
  В сучасній науці та технології виникає все більша кількість завдань високоточного вимірювання температури, за яких неможливо або технічно дуже складно забезпечити контакт вимірювального приладу з об’єктом вимірювання. Такі завдання виникають, зокрема, при вивченні високотемпературної плазми, температури розігрітих газів та високотемпературних короткоживучих газових сумішей та температури полум’я найрізноманітнішого походження. На практиці, в техніці та виробництві, виникають завдання вимірювання температури об’єктів або середовища у закритих установках, або під час перебігу високотемпературних процесів – всередині печей, нагрівальних установок, під час плавки металів, всередині робочих зон реакторів та турбін тощо. За допомогою методів дистанційного безконтактного вимірювання температури досягається висока точність вимірів в широкому діапазоні температур – від – 100 °С – і до температур, що перевищують 3 000 °С. І якщо застосування такого способу вимірювання як оптична пірометрія для відносно низьких температур стало можливим за умов дотримання достатньої точності лише відносно недавно, то фіксація надвисоких температур взагалі завжди була можливою тільки завдяки пірометрам.

 

1.1.3.2 Радіаційні  пірометри

 
  Радіаційні пірометри (сумарного випромінювання) визначають температуру тіла щільності інтегрального випромінювання променів усіх довжин хвиль, теоретично від = 0 до = ∞. Практично оптична система радіаційних пірометрів зазвичай обмежує пропускання довгих хвиль. У скла коефіцієнт пропускання хвиль різко зменшується при ≈ 2,5 мк, досягаючи нульового значення ≥ 3 мк. Оптичний кварц нормально пропускає хвилі довжиною ≈ 3,5 мк, після чого коефіцієнт пропускання хвиль знижується, досягаючи нуля для ≥ 4,2 мк. При вимірах низьких температур близько 100 °С, коли інтенсивність випромінювання коротких хвиль (<1,0-1,5 мк) стає мізерно малої та інтегральне випромінювання визначається довгохвильової частини спектру, застосовують для оптичних систем інші матеріали, наприклад синтетичний фтористий літій. Останній при товщині 2 мм має кордон пропускання ≈ 9 мк. Очевидно, що в таких умовах пірометри строго не підкоряються закону Стефана-Больцмана.

Приймач інтегрального  випромінювання повинен бути практично  чутливим до всіх довжинах хвиль вимірюваного ділянки спектру і виконується  зазвичай у формі тонкої металевої  пластинки, покритої сажею. Температура пластинки встановлюється в результаті теплового рівноваги між підводимим потоком променистої енергії і тепловідводом від пластинки в навколишнє середовище.

 

2. Обгрунтування мети роботи

 

1. Рідинні скляні термометри

 

Основні переваги скляних рідинних термометрів - простота вживання і

досить висока точність вимірювання навіть для  термометрів серійного виготовлення.

До недоліків  скляних термометрів можна віднести: погану видимість шкали (якщо не застосовувати  спеціальної збільшувальною оптики) і неможливість автоматичного запису показань, передачі показань на відстань (якщо не користуватися засобами телебачення) і ремонту.

 

2. Термометри опору

              Вимірювання температури по електричному опору тіл (зазвичай металевих) ґрунтується на залежності їх опору від температури. У більшості чистих металів із зростанням температури опір збільшується приблизно на 0,4% -град., а металів феромагнітної групи (залізо, нікель, кобальт) приблизно на 0,65% -град. Металеві сплави мають більш низькі температурні коефіцієнти аж до значень, близьких до нуля. Дуже великі негативні температурні коефіцієнти, коли опір зменшується із збільшенням температури, спостерігаються у деяких напівпровідникових сполук.

 

1.2.3 Пірометри

 

  1.2.3.1 Оптичні пірометри

 

Це - переносний прилад, усі частини якого змонтовані в загальному кожусі або корпусі. Промінь світла, яке випромінюється розжареним тілом, потрапляє в прилад через об'єктив 1, а потім через окуляр 6 в око спостерігача, що порівнює яскравість світлового потоку тіла з яскравістю нитки 4 температурної лампи 3 . Порівняння проводять в монохроматичному світлі , одержуваному за допомогою світлофільтра 5 розташованого за окуляром і пропускає вузький спектральний ділянку світла ( область червоних променів).

Нитка температурної лампи накалюється від лужного аккумулятора, приєднаного до приладу проводами, що проходять через, рукоятку.Напруження нитки регулюють реостатом 8, включеним в ланцюг лампи послідовно. Движок 9 реостата пересувають за допомогою кільцевої рукоятки 10 . На рукоятці і на корпусі приладу є рисочки білого кольору, біля яких стоїть позначка « 0 ». Коли рисочки на рукоятці і на корпусі приладу збігаються - ланцюг лампи розімкнута і акумулятор відключений. Сила струму, що подається лампі, зменшується, при повороті рукоятки по напрямку стрілки, яка є на ній .Температуру відраховують за показання пірометричної мілівольтметри 7 , градуйованого в градусах за напруженням нитки.