Устройство и Принципы Работы Приборов Для Определения Температуры

Как и любой другой прибор, пирометр обладает своими достоинствами и недостатками. Их наличие объясняется нюансами устройства и условиями применения.

• Прямая зависимость показаний пирометра от излучаемой способности исследуемого предмета;
• Точность результатов измерений может быть ниже из-за особенности физического состояния поверхности объекта;
• Функция внесения поправки в показатели и установления погрешности предусмотрена только на самых новых приборах;
• Расстояние играет большую роль в точности измерения.

Как работает термопара?

Термопара состоит из пары проводников из отличающихся материалов, соединенных между собой только с одной стороны.

Регистрирующие приборы (аналоговые, цифровые) измеряют разницу термо-ЭДС возникающих в местах спайки и на концах проводников.

Действие прибора построено на эффекте Зеебека(термоэлектрической эффект). Представьте две проволоки соединенные между собой двумя спайками. Если нагревать/охлаждать одну спайку, то по кольцу потечет ток. Его вызывает термо-ЭДС, которая возникает за счет разности потенциалов между спайками.

При одинаковой температуре спаек сума токов в цепи равна нулю – ток не течет. При отличающихся температурах возникает разность потенциалов между спайками. От интенсивности нагревания/охлаждения зависит и разность потенциалов.

Термо-ЭДС можно измерить. Она пропорциональна изменению разности температур на спайках. Самый простой способ измерения параметров тока в таких условиях – гальванометр (применяется для демонстрации эффекта Зеебека).

В современных сложных термопарах применяются электронные средства преобразования сигнала.

Виды и сферы применения

На серьёзных производствах и на энергетических объектах широкое применение находят стационарные пирометры. Они нужны и металлургам, и нефтепереработчикам, и индустрии химического синтеза.

Отмечается, что стационарное оборудование имеет более высокий класс точности, чем портативные аналоги. Существует немало вариантов, рассчитанных на измерение температуры от -30 до +3500 градусов. Разница между конкретными моделями обусловлена не только набором функций, но и быстродействием основных элементов, и величиной погрешности при замере.

Принято делить пирометры на низкотемпературные и высокотемпературные (предназначенные для замера показателей свыше 400 градусов). По понятным причинам кондитерский тип относится к первой группе, а аппараты для металлургии, целлюлозно-бумажных и нефтехимических комбинатов — ко второй. В кулинарных целях пирометры используют, чтобы контролировать степень нагрева:

Иногда на промышленных объектах и в других областях используют радиационные пирометры. Такие устройства могут измерять температуры не ниже 400–700 градусов. Поэтому их можно применять исключительно там, где есть высокотемпературные технологические процессы и аппараты. Сюда относятся не только металлургия и электроэнергетика, но и:

Для практических нужд наиболее удобным вариантом часто становится пирометр цифровой с аналоговым выходом. К примеру, PCE IR 10. Следует заметить, что на примере этого устройства можно выделить ещё одну категорию — пирометрическое оборудование, внесённое и не внесённое в государственный реестр РФ. Сам PCE IR 10, увы, в этом списке не числится, что существенно ограничивает его применение в ряде случаев. Что касается термоэлектрических пирометров, то этот вид оборудования основан на эффекте, открытом Т. И. Зеебеком в первой четверти XIX столетия.

Суть в том, что энергия свободных электронов сильно отличается в зависимости от текущей температуры. Когда один из концов проводника прогрет сильнее другого, скорость движения электронов там окажется выше. То, каким образом изготовлен рабочий конец термопары, не влияет на эффективность работы устройства, при условии, что температура во всей поверхности рабочего конца идентична. Слабостью подобного способа измерения является то, что крайне трудно или даже почти невозможно определить реальное сопротивление в проводнике. А оно будет обязательно отличаться от показателей, установленных при градуировке.

Поэтому пирометры с термопарой стараются оснащать высокоомными и имеющими малое электрическое сопротивление компонентами.

Только так можно добиться оптимального результата и хотя бы в какой-то мере компенсировать негативный эффект. Цветовой прибор, иногда именуемый прибором спектрального отношения или (в зарубежных источниках) логометрическим, имеет свои достоинства. Отечественные разработчики однозначно отдают предпочтение соотношению красного и синего цветов. Чтобы измерять яркость монохроматических потоков, применяется единый приёмник сигнала, имеющий общий усиливающий канал.

Объектом измерения у цветового пирометра может быть не только абсолютно чёрное тело, как при использовании других принципов работы. Ещё одним достоинством такой схемы оказывается то, что она почти не подвержена искажениям, вносимым внешними источниками:

Суть работы устройства очень проста: оно автоматически замеряет логарифм, описывающий соотношение красных и синих спектральных яркостей. Следующий шаг яркостной прибор делает на основании того установленного физиками факта, что полученный логарифм пропорционально соответствует обратным значениям цветовых температур. Излучение проходит на фотоэлемент или фотосопротивление через оптические компоненты аппарата. В некоторых моделях применяют обтюраторы, вращающиеся благодаря синхронным электродвигателям. Перевод показаний пирометра в градусы по шкале Цельсия осуществляется при помощи градуировочных графиков для каждого поддиапазона.

Схемы подключения

Используются двух-, трех-или четырехпроводные схемы подключения датчика к измерительному устройству. Они хорошо известны и поэтому не будут детально описываться. Но все же коротко рассмотрим основные аспекты их применения. Двухпроводная схема подключения используется там, где подводящие провода являются очень короткими и может быть допущена некоторая ошибка измерения. При трехпроводном подключении имеются три подводящих проводника вместо двух, что позволяет в некоторой степени уменьшить ошибки измерения, вносимые протеканием тока через подводящие провода. Четырехпроводная конфигурация может быть рекомендована для получения наилучших результатов измерения.

Ток возбуждения датчика проходит через одну пару проводов, а измерение сопротивления осуществляется через другую пару. Это исключает ошибку, вызванную разным сопротивлением подводящих проводов. Этот способ более дорог, чем двух-или трехпроводные конфигурации (особенно при длинных линиях связи), но это лучший способ обеспечения высокой точности измерения.

Еще хотелось бы привести достаточно удачную схему подключения двух РДТ, опубликованную на сайте caxapa.ru (см.рисунок). Здесь используется четырехпроводная схема подключения и логометрический метод измерения. По утверждению авторов, она обладает следующими характеристиками:

Следует отметить, что здесь точность и стабильность измерения определяются не только параметрами датчика, но и точностью и стабильностью резистора 1,00 кОм, включенного между REF+и REF-, поэтому рекомендуется использовать высокоточный и высокостабильный резистор типа С2-29С.

Как правильно измерять температуру пирометром

После покупки устройства необходимо внимательно изучить инструкцию к нему. Несмотря на весьма простые требования к эксплуатации, опрометчивые действия могут повлечь за собой значительные искажения температурных значений. Процесс правильного измерения температуры пирометром выглядит следующим образом:

• Включите прибор пирометра;
• Определите материал, из которого изготовлен объект (например, сталь или медь);
• Затем, в зависимости от модели прибора, занесите коэффициент излучения в качестве правки на дисплее;
• Направьте луч инфракрасного пирометра на измеряемую поверхность;
• Определите границу пятна измерения при помощи лазерной указки.

При такой последовательности измерения вы получите результаты наиболее близкие к фактической температуре.

Пирометр – универсальный и незаменимый по своей функциональности прибор. Разобравшись в нюансах его эксплуатации, им легко можно пользоваться как в профессиональной сфере, так и в быту.