Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

J,OS -


40< -

Рис. 4.10. Спектральная зависимость мощности излучения при различных температурах

Рис. 4.11. Структурная схема термоэлектрического пирометра

1 - приемник,

2 - фильтр;

3 - оптическая система,

4 - измеряемый объект

W W /M

сии с ним. в качестве оптической системы может использоваться линза (прозрачная в ИК-области) или система зеркал. В ряде случаев, если чувствительность приемника высока, оптической системы не требуется; тогда перед приемником помещается система диафрагм, определяющая угол обзора (показатель визирования).

Термоэлектрический приемник преобразует энергию инфракрасного излучения в электрический сигнал. Как показано в [293], этот сигнал равен

F = М„(1 - Го) (Fn-FoK),

(4.24)

где - температура измеряемого объекта, Го - температура корпуса приемника, Мп - коэффициент пропорциональности. Величины (1 - Го) и (1 - Гд) Fq представляют собой доли излучения абсолютно черного тела от источников, находящихся при температурах и Tq соответственно, которые могут достичь при-



емника после прохождения линзы, зеркала или фильтра и поглотиться им. Множитель (1 - г) учитывает потери на отражение от поверхности линзы или фильтра, а Fi, и Fo - поглощение в линзе, зеркале или фильтре. При отсутствии отражения или поглощения в оптическом тракте величины (1 - Го)Рх и (1 - ГдУР равны единице. В этом случае, если приемник является полным поглотителем, соотношение (4.24) сводится к классической форме, выражающей закон разности четвертых степеней:

V = Мп {П - П). (4.25)

При динамическом равновесии имеет место равенство потоков энергии, поступающих к приемнику и исходящих от него. Эти потоки включают лучистую энергию, падающую на каждую сторону приемника из всей полусферы, к которой эта сторона обращена, лучистую энергию, излучаемую каждой стороной приемника в полусферу, а также тепловую энергию, подводимую к приемнику или отводимую от него через элементы крепления, воздух или другой газ, окружающий его. Перенос тепла конвекцией следует по возможности свести к минимуму, чтобы избежать ошибочных показаний пирометра. Это достигается путем помещения приемника в вакуум.

Как показано в [293], коэффициент пропорциональности Мп в выражениях (4,24) и (4.25) равен:

где I I + I I - суммарный коэффициент термо-ЭДС термоэлемента, - число элементов в батарее, - половина телесного угла 0)2 (см. рис. 4.11), - температура горячих спаев приемника, при которой потоки притекающей и излучаемой энергии уравниваются, Fn - площадь приемной площадки одного термоэлемента. Здесь - коэффициент теплопередачи от приемника к внутренним поверхностям корпуса пирометра вследствие теплопроводности.

В соотношении (4.26) величина Мд зависит от Tq, определяющей величину знаменателя непосредственно и вследствие зависимости Т2 от Го- Компенсировать изменение Мп, сделав его независимым от Tq в некоторых пределах изменения температуры окружающей среды, можно выбором соответствующего материала термоэлектрических ветвей, у которых (ар + )/х не зависит от Tq, Возможна также компенсация с помощью специальных устройств [293].

В идеальном случае показания радиационного пирометра должны однозначно соответствовать температуре Г, измеряемой пирометром. Это условие не может быть выполнено при наличии колебаний температуры корпуса пирометра Tq (температуры холодных €паев). Обычно, когда Т не очень сильно отличается от Tq, необ-



ходимо поддерживать температуру корпуса пирометра постоянной.

В технике применяется ряд пирометров, в 1которых в качестве-чувствительного элемента используется пакетная пленочная батарея (рис. 4.11). Напротив холодных спаев расположена эталонная пластина. В стационарном пирометре интервал измеряемых температур 0-100° С, температура эталонной пластины регулируется объемной термобатареей, точность поддержания температуры в указанном интервале ±0,1° С. В переносном пирометра с автономным питанием (интервал измеряемых температур О- 500° С) температура эталонной пластины в интервале 50-100° G регулируется маломощным транзистором с точностью поддержания ± Г С

Для исключения влияния окружающей среды может быть предложен так называемый радиационно-нулевой метод измерения [294]. В этом случае температура эталонной пластины, определяющая излучение на холодные спаи, меняется в зависимости от электрического сигнала с приемника до тех пор, пока не достигнет температуры измеряемого объекта (подразумевается, что коэффициент излучения эталонной пластины и измеряемого объекта одинаков) и электрический сигнал приемника не станет равным нулю. При регулировании температуры эталонной пластины с помощью объемной термобатареи, работающей в режиме нагрев - охлаждение в зависимости от полярности сигнала приемника, ток компенсации устанавливается заведомо завышенным по сравнению с оптимальным значением, что уменьшает время достижения эталонной пластиной температуры измеряемого объекта.

В [295] для увеличения быстродействия предлагается через термоэлектрический приемник пропускать ток, приводящий к по-

Таблица 27.

Характеристики пирометров, выпускаемых за рубежом и в ССХ]Р

Страна

Модель

Индикация

й1-ц

а- S

Фокусирующая система

DHS-14

0-500

Цифровая

±1

Линза

DHS-8

0-500

То же

±1

Сфериче-

ское зеркало

СССР

ТИТ-1

0-100

±1

2 ,

Линза

БИТ-1

0-500

Стрелочная

±3

То же

Примечание. Приборы DHS-14 и -18, БИТ-1 имеют автономное питание, ТИТ-1 - сетевое [,:220 Б), Для приборов США дан угол обзора в угл. град.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0009