I - 2

3~4-~S-~6-r7

схемы MOHo-c непосредст-

только для твердых тел, и для них истинная температура может быть определена с достаточной точностью добавлением постоянной поправки к яркост-ной температуре. Для газов и пламени величину Ej определяют экспериментально в каждом конкретном случае.

Для того чтобы величина энергии излучения, поступающей на ПИ яр-костного пирометра, не зависела от расстояния до объекта и от его размеров, измерение необходимо проводить в узком ди-апазоне дальностей, величина которого зависит от параметров оптической системы пирометра.

Монохроматические пирометры выполняют по двум функциональным схемам: с непосредственным измерением электрического сигнала на выходе ПИ и с компенсационным методом измерения (компенсационного типа). В пирометрах первого типа (рис. 2.1, а) излучение от объекта измерения / с помощью оптической системы 2 направляется на ПИ S, перед которым установлен узкополосный оптический фильтр 4. Электрический сигнал на выходе ПИ, пропорциональный яркостной температуре визируемого объекта, усиливается усилителем 6 и поступает на регистрирующий прибор 7. Для того чтобы использовать стабильные во времени усилители переменного тока, излучение объекта пропускают через модулятор 3 или в качестве источника питания 8 для ПИ применяют генератор переменного тока. В простейших пирометрах ПИ питается постоянным напряжением, а модулятор отсутствует. . Для усиления фототока применяют усилители постоянного тока, вследствие чего показания таких пирометров менее стабильны во времени.

Пирометры, использующие компенсационный метод измерения (рис. 2.1, б), содержат лампу накаливания 9, излучение которой попеременно <с помощью модулятора 5) с излучением объекта поступает на ПИ. С выхода ПИ снимается сигнал, пропорциональный разности спектральных плотностей энергетических яркостей объекта и лампы, который, пройдя усилитель 6, изменяет ток лампы 9 так, чтобы эти яркости стали равны друг другу. Регистрирующий прибор отмечает силу тока, проходящего по лампе. Величина тока пропорциональна яркостной температуре объекта измерения.

Достоинством пирометров компенсационного типа является независимость их показаний от параметров схемы. Компенсационные пирометры по конструкции сложнее пирометров с непосредственным измерением электрического сигнала с ПИ.

. Ниже описаны яркостные пирометры, работающие в инфракрасном диапазоне и широко применяемые в промышленности.

Пирометр ФП-3 [17] предназначен для измерения и автоматического регулирования яркостной температуры металлов в процессе их термической обработки. В этом пирометре осуществляется непосредственное измерение сигнала на выходе ПИ, в качестве которого использован кислородно-11езие-Бый фотоэлемент, воспринимающий излучение в спектральном интервале 0,5 мкм в районе длины волны 1 мкм. Сигнал с фотоэлемента усиливается двух-каскадным усилителем, к выходу которого подключены показывающий прибор и реле. Контакты реле, срабатывающего при заданной температуре, управляют цепями нагрева контролируемого объекта. Прибор измеряет температуру в диапазоне от 760 до 1300° С с погрешностью от ± 18 до ±26° С. Мощность, потребляемая пирометром, 70 Вт.

Рис. 2.1. Функциональные хроматических пирометров венным измерением электрического сигнала (а) и компенсационного типа (б)

Пирометр ФЭП-4 [102] применяют для измерения и записи яркостной температуры неподвижных и движущихся объектов. в приборе использован компенсационный метод измерения (рис. 2,2, а).

Излучение визируемой поверхности 1 фокусируется линзой 2 на отверстие 7 в держателе оптического фильтра 5, установленного перед ПИ 6. Диафрагма 3 служит для ограничения лучистого потока. В пирометрах с нижним пределом измерения менее 800° С в качестве ПИ применен такой же фотоэлемент, как и в пирометре ФП-3, работающий в инфракрасном диапазоне. Если пирометр ФЭП-4 предназначен для измерения температур с нижним пределом более 800° С, в нем используют сурмяно-цезие- 2

вый фотоэлемент воспринимающий излучение в види- / мом диапазоне спектра.

Через отверстие 8 в держателе на фотоэлемент попадает излучение от лампы накаливания 17. Излучения визируемой поверхности и этой лампы модулируются в противофазе с частотой 50 Гц при помощи вибрирующей заслонки 9. Вибратор состоит из магнита 12, якоря 11 и обмотки возбуждения 10, в которую поступает переменный ток с частотой 50 Гц. Если лучистые потоки, падающие на ПИ от поверхности 1 и лампы 17, не одинаковы, то на выходе фотоэлемента появляется переменная составляющая с частотой 50 Гц, величина которой пропорциональна разности этих потоков. Переменная составляющая усиливается усилителем 13 и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 14, Апселе чего подается через калиброванный резистор 16 на лампу накаливания 17.

Если лучистый поток от лампы меньше, чем от визируемой поверхности, то сила тока в лампе увеличивается до тех пор, пока разность потоков не уменьшается до минимума. Если же поток от лампы больше потока от объекта измерения, сила тока в лампе уменьшается. Таким образом, сила тока, протекающего через лампу 17, однозначно связана с ее лучистым потоком, лучистым потоком от объекта измерения и его температурой. Поэтому электронный Потенциометр 15, измеряющий падение напряжения на резисторе 16, может быть отградуирован в единицах яркостной температуры. Наведение пирометра на объект измерения осуществляется с помощью окуляра 4.

Конструктивно пирометр ФЭП-4 состоит из пяти отдельных блоков: визирной головки (в которой размещаются оптическая система, ПИ, предварительный усилитель, лампа накаливания и вибратор), силового блока (здесь Находятся фазочувствительный выпрямитель, калиброванный резистор, силовой трансформатор), стабилизатора напряжения С-0,09, электронного потенциометра БП-Б16 и разделительного трансформатора Т-74. Прибор измеряет температуру в следующих диапазонах: 500-900, 800-1300, 1200-2000,

Рис. 2.2. Функциональные схемы пирометров ФЭП-4 (а) и ФЭП-60 (б)

1850-4000° С с погрешностью ±1% верхнего предела шкалы (±1,5% если этот предел выше 2000° С).

Пирометр ФЭП-60 [101] выполнен также по компенсационной схеме (рис. 2.2, б), однако сила тока, протекающего через лампу накаливания 9, изменяется не автоматически, а вручную оператором.

Излучение объекта измерения 1 с помощью светопровода направляется на ПИ 3, в качестве которого использован сернисто-свинцовый фоторезистор типа ФС. Благодаря вибрирующей заслонке 2 на ПИ попадает также излучение лампы накаливания 9. Сигнал с ПИ поступает на усилитель 4 и затем на фазочувствительный выпрямитель 5. Как и в пирометре ФЭП-4, лучистые потоки от объекта и лампы модулируются в противофазе. Равенство этих потоков обеспечивается изменением оператором сопротивления потенциометра 7 и отмечается по нулевому показанию стрелочного прибора 6. Температура отсчитывается по прибору 8, включенному последовательно с лампой.

Hi---

И6 l!7R8 R9 RW

Рис. 2.3. Принципиальная схема полупроводникового пирометра

Пирометр ФЭП-60 имеет пять поддиапазонов измерения температур от 200 до 1400° С. Основная и дополнительная (обусловленная изменением температуры окружающей среды) погрешность прибора ±10° С.

Полупроводниковый пирометр [411 отличается от ранее рассмотренных тем, что в нем излучения от объекта измерения и эталонной лампы воспринимаются различными приемниками, которые включены в мостовую схему (рис. 2,3). В качестве приемников использованы кремниевые фотодиоды ФДК-1, которые мало изменяют свои характеристики при изменении температуры окружающей среды. Эти фотодиоды имеют селективную спектральную характеристику с максимумом чувствительности на участке 0,92 мкм и полосой пропускания примерно 0,6 мкм, что позволяет не применять в приборах оптические фильтры.

Фотодиоды ФД1 и ФД2 включены в плечи ас к ad моста, а в плечи сЬ и bd включены резисторы, при переключении которых изменяют пределы измерения температуры (700-900 или 1600-2400° С). К диагонали ab последовательно подключены источники постоянного и переменного напряжений, питающие мост. Источником переменного напряжения является генератор, выход которого подключен к точкам ей/. Частота генерируемого напряжевия 1000 Гц. К диагонали cd подключен указатель равновесия на транзисторах, представляющий собой измерительный усилитель. Чувствительность усилителя изменяется переключением резисторов R1-R5 и R6-R10. Момент равновесия, наступающий при равенстве лучистых потоков, поступающих на фотодиоды от объекта измерения и эталонной лампы, регистрируется стрелочным прибором. В момент равновесия яркостная температура объекта измерения равна яркостной температуре эталонной лампы, в качестве которой применена проградуированная светоизмерительная лампа накаливания типа СИ8-200У с плоской вольфрамовой нитью.