Для фокусировки исследуемого объекта и эталонной лампы на фотодиоды служат две линзовые оптические системы. Погрешность измерения величины температуры пирометром не превышает ±1% от измеряемой.

Пирометр, разработанный в Институте автоматики, средств автоматизации и систем управления АН СССР [54], предназначен для непрерывного измерения температуры отходящих из печей дымовых газов. Для того чтобы на показания пирометра не влияло излучение стенок дымового канала, характеризующееся сплошным спектром, используется селективное излучение на длине волны 4,3 мкм содержащегося в продуктах горения углекислого газа СОг- На стекловаренных и мартеновских печах и в нагревательных колодцах концентрация COg в дымовых газах и размеры газоходов обеспечивают большую оптическую плотность газового слоя, что позволяет рассматривать его в полосе спектра около 4,3 мкм как АЧТ.

Основные элементы пирометра (рис. 2.4): тубус 4 с диафрагмами, формирующими поток излучения 3 от продуктов горения 1, протекающих по газоходу 2; модулятор 5, приводимый во вращение синхронным двигателем 6; оптико-акустический приемник 7 с конденсаторным микрофоном 8; усилитель 9 и измерительный прибор 10. Спектральные характеристики элементов подобраны так, что модулируется излучение только в узкой области спектра на участке длины волны 4,3 мкм. Промодулированное излучение поступает на приемник 7 и вызывает пульсации давления газа в нем, которые конденсаторным микрофоном 8 преобразуются в электрический сигнал. После усиления этот сигнал поступает на измерительный прибор 10, показания

которого пропорциональны температуре продуктов горения.

В результате промышленных испытаний установлено, что пирометр измеряет температуру в диапазоне 500-2000° С с погрешностью ± (15-25)°С

Рис. 2. 4. Функциональная схема пирометра для измерения температуры дымовых газов

3. ПИРОМЕТРЫ ЧАСТИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В пирометрах частичного излучения используется зависимость энергетической яркости от температуры в диапазоне длин волн Ki - К2, определяемом спектральной характеристикой примененного ПИ, оптический фильтр перед которым, как правило, не устанавливается. С помощью таких пирометров можно измерить истинную температуру только АЧТ. Истинную температуру реального тела по показаниям пирометра частичного излучения рассчитать невозможно, так как для этого необходимо иметь данные зависимости j. = f(k) в диапазоне - 2. которые обычно отсутствуют. Поэтому пирометры частичного излучения применяют чаще всего в системах автоматического контроля и регулирования в качестве датчиков отклонения температуры от заданного значения.

Пирометры частичного излучения построены по принципу непосредственного измерения сигнала на выходе ПИ, в качестве которых широко

спользуют фотодиоды. Ниже рассмотрены приборы, построенные по этому принципу, которые наиболее широко применяются в промышленности.

Пирометр ФДП-1 [101] предназначен для измерения температуры жидких металлов, а также для контроля температуры металлических и керамических изделий при их нагреве. Принципиальная схема и конструкция прибора очень просты (рис. 2.5, а). Фотодиод типа ФД-1, воспринимая излучение от объекта контроля, вырабатывает фотоЭДС, которую измеряют с

омощью нагрузочного резистора R и стрелочного прибора ИП. Для умень-

шения погрешности измерения, вызванной изменением температуры окружающей среды, фотодиод 6 (рис. 2.5, б) помещают в термостат, температура в котором поддерживается постоянной за счет водяного охлаждения. Фокусирующая оптика в пирометре отсутствует, а излучение направляется на фотодиод с помощью кварцевого светопровода 4. Тубус 5 предохраняет прибор от влияния излучения посторонних объектов. Диапазон измерения температуры прибором 400-1500° С при погрешности ±2%.

Рис. 2. Б. Пирометр ФДП-1:

о - принципиальная схема; б - конструкция телескопа; / - корпус; 2 шпилька; 3 - держатель фотодиода; 4 -. светопровод; 5 - тубус; 6 - фотодиод; 7 - бронированный шланг

Пирометр ФДП-2 по принципу действия и диапазону измерений аналогичен прибору ФДП-1. Однако он более компактен и удобен в работе. Для повышения точности измерений температуры жидкого металла светопровод пирометра погружают в расплавленный металл. В виду того, что на светопровод воздействуют высокие температуры, его выполняют из двух частей. Та часть, которую погружают в металл, может быть легко заменена.

Пирометрическая установка ИПЛ-101 [101] предназначена для длительного непрерыёного измерения и записи,температуры жидкого чугуна на выпуске из вагранки или копильника в производственных условиях. Конструктивно установка выполнена в виде трех отдельных блоков: измерительного блока, электронного автоматического потенциометра и блока питания.

R7 >

Рис. 2.6. Принципиальные схемы измерительного моста пирометрии е с к о й установки ИПЛ-101 (а) и компенсационного моста пирометрической установки ИПЛ-102 (б)

Измерительный блок заключен в герметический корпус, в котором расположены: оптическая система, ПИ, измерительный мост и органы настройки. Оптическая система изготовлена из стандартных деталей (от фотоаппарата Зенит-ЗМ и объектива Юпитер-11 ). В качестве ПИ применен фотодиод ФДК-1, включенный на вход измерительного моста (ряс. 2.6).

Плечи моста образованы триодами лампы Л1. в диагональ АВ моста подается питающее напряжение. Напряжение с нагрузочного резистора R1 в цепи фотодиода ФД подается через фильтр R2, С1 иа сетку левой половины

лампы Л1. При поступлении на фотодиод излучения от объекта измерения левый триод этой лампы подзапирается, и мост разбалансируется. Напряжение разбаланса снимается со второй диагонали моста (катодов лампы Л1) к подаётся на делитель напряжения R8, R9, R10 и R11. С резистора R8 напряжение может подаваться на систему автоматического регулирования температуры, а с резистора RU - на электронный автоматический потенциометр. Переменные резисторы R5 kR 10 предназначены для регулировки начале шкалы отсчета и ее ширины соответственно.

В установке могут быть использованы автоматические потенциометры типов nCl, ЭДП, ЭПП с незначительной переделкой, повышающей их чувствительность.

Блок питания установки содержит выпрямитель (питается от ферроре-зонансного стабилизатора напряжения) и стабилизатор напряжения. Применение такого стабилизатора позволяет обеспечить стабильную работу установки при изменении сетевого напряжения в пределах ±10%.

Диапазон измерения установкой температуры жидкого чугуна 1250- 1450° С при погрешности ±1,5% верхнего предела измерения. Конструкция оптической системы позволяет размещать измерительный блок на расстоянии 0,7-2,5 м от объекта.

Пирометрическая установка ИПЛ-102 [101] по назначению и принципу действия идентична установке ИПЛ-101, но отличается конструктивно и более стабильна в работе. Для повышения точности измерений в производственных условиях с частыми изменениями температуры окружающей среды на выходе измерительного моста, аналогичного по схеме мосту установки ИПЛ-101 (рис. 2.6, с), включен компенсационный мост (рис. 2.6, б).

Компенсационный мост включен своей диагональю параллельно нагрузочному резистору R11 (рис. 2.6, а), а к выходу этого моста подключен электроннцй потенциометр. Сопротивления резисторов R2, R3 и R4 моста, выполненных из манганинового провода, не зависят от температуры окружающей среды. Резистор R1 изготовлен из медного провода, намотанного на медную гильзу, в которую вставлен фотодиод, и температуры этих элементов почти равны. Поэтому в зависимости от температуры корпуса фотодиода изменяется сопротивление резистора R1.

Сопротивления резисторов компенсационного моста выбраны такими, что при .температуре 20° С мост уравновешен. При изменении температуры окружающей среды относительно этой точки мост .разбалансируется. Ток разбаланса компенсирует изменение напряжения на выходе измерительного моста, вызванное изменением температуры, корпуса фотодиода. Примененная компенсационная схема обеспечивает погрешность измерения температуры в диапазоне 1250-1500° С не более ±1,5% верхнего предела при изменении температуры окружающей среды от 10 до 60° С.

Пирометрическая установка ИПЛ-103 [101] является дальнейшим развитием описанных выше установок. Она отличается повышенной надежностью и стабильностью работы в производственных условиях. В комплект установки входят три основных узла: датчик, блок электроники и электронный автоматический потенциометр.

Датчик (рис. 2.7) заключен в цилиндрический корпус 1, в котором расположен объектив 3 ( Юпитер-11 ), дополнительная линза 5, экран 7, фотодиод S и окуляр 10. Для проверки неизменности градуировки установки служит эталонная лампа накаливания 6, которую с помощью поворотного механизма 9 устанавливают перед фотодиодом.

В блоке электроники размещены электронные элементы измерительной системы и стабилизированные источники питания. На передней панели блока установлен выключатель эталонной лампы, которую включают только для проверки градуировки.

Диапазон измерения температуры жидкого чугуна этой установкой 1250-1450° С при точности ±1,5% верхнего предела. Установку можно размещать на расстоянии 0,7-3 м от объекта измерения.

Пирометр института автоматики (г. Киев) предназначен для измерения температуры изделий, нагреваемых в индукционных печах. Конструк-