4.4 Жылуэлектрлік пирометрлер

Температураны өлшеу кезінде қыздырылған дененің сәулелік энергиясын қолданатын пирометрлер кең қолданылады. Мұндай пирометрлерге радиациялық, оптикалық және гүлдік пирометрлер жатады.

Радиациялық пирометры. Радиациялық пирометр құрылғысы 4.13-суретте көрсетілген.

Зерттелетін объекттің сәулеленуі платина қарайтуымен жабылған платина күлтесіне 3 дәнекерленген жылубатареяларының S жұмыс ұштарына диафрагма 2 арқылы объективпен шоғырланады (4.13, а-суретті қараңыз). Сәуленің жақсы жұтылуы ретінде оған түскен сәуленің 98...99%-ы күлтемен жұтылуын айтуға болады. Күлтесі бар жылубатареясы шыны қорапшаға орналастырылған. Экран 4 жылубатареясын механикалық зақымдаулардан және температурасы жұмыс жағдайларына байланысты өзгеретін телескоп қабырғаларыныңан таралған сәулеленуден қорғайды.

4.13-сурет. Радиациялық пирометр (а) және күлте (б)

1 — объектив; 2 — диафрагма; 3 —күлте; 4 — экран;

5 — қызыл шыны; 6-окуляр

Жоғары температураларды өлшегенде көзді қорғау үшін телескопты орнатқанда окуляр алдына қызыл шыны 5 қойылады. Нысанаға алу күлте өлшеу объектісінің бейнесімен толық жабылатындай алынады, сонда окулярда 6 қызылған беттің жарық жарқырауымен қоршалған күлте көрінеді (4.13, б). Дұрыс орнату үшін сәулелену көзі диаметрі мен сәуле шығарушыға дейінгі телескоптың қашықтығының қатынасы шамамен 1/15-ке тең болуы керек.

Күлтені жылытудың максимал температурасы 250 °С-қа тең болуы керек, себебі өте жоғары температурада қарауыт бірігеді және сұр түске айналады. Мұндай пирометрді өлшеу шегі 900... 1800 °С-ті құрайды.

Радиациялық пирометрлер келесі қателіктерге ие:

• сәулеленудің толық еместігінен болатын қателік, себебі пирометрлер әдетте абсолютті қара дене сәулеленуі бойынша бөліктенеді, сондықтан олардың көрсетікіші өлшеу объектісінің нақты мәнінен әрқашан аз болады. Соған сәйкес ради­ациялық пирометрлерді қолдану өлшеу объектісінің толық сәулелену қуаты абсолютті қара дененің толық сәулелену қуатынан үлкен айырмашылығы болмаған жағдайда мүмкін. Тесіктері мен терезелері үлкен емес жабық пештердің көпшілігі осы шартты қанағаттандырады;

• пирометр телескобы мен сәуле шығарушы арасындағы аралық ортада жұтылумен шартталған қателік. Бұл қателік үлкен шамаға жетуі мүмкін, егер әсіресе аралық ортадаға ауа ластанған болса (шаң, түтін, көмірқышқыл газы, т.б.). Қателік есептеуге келмейді;

• пирометр мен сәуле шығарушы арасындағы қашықтықтың өзгеруінен болатын қателік. Егер пирометр сәулелену көзіне өте жақын орналасса, диафрагма мен телескоп қабырғасының, сондай-ақ жылубатареясы терможұбының жұмыс ұштарының қызғанын көреміз, бұл пирометр көрсеткішін азайтады. Бұл кезде қателік сәулеленуші бет бейнесінің диаметрі үлкен болған сайын үлкен болады. Егер сәулеленуші беттің өлшемдері аз немесе телескоп пен сәуле шығарушы арасындағы қашықтық сәулелену бейнесі күлтені жаппайтындай қалыптыдан үлкен болса пирометр көрсеткіштері де төмендетіледі. Сондықтан пирометрді сәулеленуші беттен бейне пирометр бөліктенген кездегі диаметріне ие болатындай қашықтықта орналастыру қажет.

Терможұптың бос ұштарының жылу әсеріне өтеу үшін жылубатареясын температураның өсуімен ұлғаятын мыс кедергісімен шунттайды. Осыған сәйкес бос ұштарды қыздырғанда жылуЭҚК-нің азаюымен бір уақытта шунт арқылы өтетін ток күші азаяды, өлшеу құралы арқылы өтетін ток өзгермейді.

Гүлдік фотоэлектрлік пирометрлер. Бұл пирометрлер гүлдік температураны өлшейді. Қыздырылған қара дене барлық толқын ұзындығындағы сәулелерді шашады. Бұл кезде берілген температурада максимал сәулеленуге сәйкес λ_max толқын ұзындығы төмендегідей табылуы мүмкін

λ_maxT = const = 0,2884 (см · град).

Бұл өрнек температураны гүлдік пирометрлермен өлшеуге негізделген ығысу заңы деген атауға ие. Дененің абсолюттік температурасы Т сәулелену қарқынының максимумы анықталатын толқын ұзындығымен анықталады.

Температураны кәсіпорындық өлшеулерде пирометрлермен берілген дененің сәулелену қарқынын алдын ала таңдалған екі толқын ұзындығындағы сәулесіндегі қатынасын анықтау қабылданған. Бұл қатынас әр дене температурасы үшін

мұнда С₂ =1,432 см град- тұрақты; λ –сәулелену қарқыны жататын толқын ұзындығы, см; I_λ сәулелену қарқыны, ккал/(см² · см · ч).

       Гүлдік температураны өлшейтін пирометрлер ереже бойынша фотоэлементтермен қолданады. Осындай пирометрлердің бірінің жұмыс принципін қарастырайық (4.14-сурет).

4.14-сурет. Гүлдік фото­электрлік пирометр:

1 — линза; 2 — обтюратор; 3 — синхрондық электрлік двигатель; 4 — фотоэлемент; 5 —күшейткіш; 6 —түзеткіш түйін; 7 — коммутатор; 8 — логометр

Өлшеу объектісінен А сәулелену синхрондық электрлік двигательмен 3 айналатын обтюраторда 2 линзамен 1 фокусталады және фотоэлементпен 4 қабылданады.

         Обтюратор дисікіснде жартысы қызыл жарық сүзгiмен Сф_к, ал жартысы көк жарық сүзгімен Сф_с жабылатын тесіктер болады.

Сонымен, фотоэлементке біресе қызыл, біресе көк сәулелер түседі. Бірнеше тесіктердің болуы арқасында фототок обтюратордағы тесік санымен және оның айналу жылдамдығымен анықталатын жиілікпен модульденеді.

Модульденген ток фотоэлемент жүктемесінде күшейткішпен 5 күшейтіледі, содан соң фазасезімтал түзеткіш түйінмен 6 түзетіледі, коммутатор 7 көмегімен сигнал сәйкесінше қызыл және көк сәуле қарқындылығына бөлінеді және магниттіэлектрлік логометрмен 8 қабылданады. Коммутатор ретінде әдетте обтюратор дискісінің айналуына синхронды жұмыс істейтін магнитті электрлік полярланған реле қолданылады, яғни сонымен, логометрдің шеңберлерін ауыстырып қосу жарық сүзгінің ауысуымен бір уақытта жүреді. Сонда логометрдің бір шеңберінде қызыл сәуле қарқындылығымен, ал басқасында – көк сәуле қарқындылығымен шартталған ток өтеді.

Артықшылықтары: гүлдік пирометрлер екі толқын ұзындығындағы сәулеленуді өлшейтіндіктен қателік сәулеленудің толық еместігінен және сәуле шығарушы бетке дейінгі қашықтық көрсеткішіне тәуелсіздігінен азаяды. Фотоэлементтің тиісті жұмыс режимінде фотоэлектрлік гүлдік пирометрлер ± 1 %-ден жоғары емес қателікпен 2500°С-қа дейінгі температураны өлшеуге мүмкіндік береді.