Методы и средства измерений температуры

3.5 Автоматические уравновешенные мосты

Автоматические  уравновешенные мосты широко используются для измерения и регистрации  температуры в комплекте с  ТС. Их характеризует высокая точность и возможность использования  в системах автоматического регулирования. Они выпускаются различных модификаций: одно- и многоточечные, с дисковой или ленточной диаграммой, с сигнальными устройствами и др.

На (рис. 9) приведена принципиальная схема автоматического уравновешенного моста, который, так же как ручной равновесный мост, реализует нулевой метод измерения сопротивления.

Термометр сопротивления R_t подключен к прибору по трехпроводной схеме. В измерительную схему моста входят уравновешивающий реохорд R_р с шунтирующим его резистором R_ш (ограничивает ток, текущий по реохорду); резисторы R_н и R_к, определяющие начало и конец шкалы; спирали r_н и r_к, обеспечивающие точную подгонку диапазона шкалы и являющиеся частью резисторов R_н и R_к; резисторы R₁, R₂ и R₃, образующие постоянные плечи моста; TC R_t, являющийся переменным плечом; балластный резистор R_б, который ограничивает ток в мостовой схеме и обеспечивает минимальный нагрев ТС; подгоночный резисторы R_п1 и R_п2, обеспечивающие сопротивление подводящей линии R_л=5 Ом (каждый из двух соединительных проводов имеет сопротивление 2.5 Ом).

Электронный усилитель переменного тока ЭУ включен  в диагональ ab и обеспечивает усиление разбаланса, возникающего в измерительной схеме при изменении сопротивления ТС R_t. Усиленный сигнал поступает на вход реверсивного двигателя РД, который вращением вала заставляет перемещаться подвижную каретку регистрирующего устройства е и движок реохорда R_р. Вращение вала происходит до тех пор, пока не наступит новое равновесие схемы; напряжение разбаланса станет равным 0, сигнал на входе РД также исчезнет и двигатель остановится.

Питание измерительной схемы моста производится через диагональ d с помощью силового трансформатора ЭУ переменным током напряжением 6.3 В и частотой 50 Гц. Синхронный двигатель СД перемещает диаграммную бумагу относительно пера или печатающего устройства с постоянной скоростью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 Безконтактное измерение тмпературы 

4.1 Основные понятия  и законы излучения 

     О температуре нагретого тела можно  судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего  собой электромагнитные волны различной длины. Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает.

Термометры, действие которых основано на измерении  теплового излучения, называют пирометрами. Они позволяют контролировать температуру  от 100 до 6000 ⁰С и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому данные методы получили название бесконтактных.

На основании  законов излучения разработаны  пирометры следующих типов:

• пирометр суммарного излучения (ПСИ) – измеряется полная энергия излучения;
• пирометр частичного излучения (ПЧИ) – измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участки спектра;
• пирометры спектрального отношения (ПСО) – измеряется отношение энергии фиксированных участков спектра.

     В зависимости от типа пирометра различаются  радиационная, яркостная, цветовая температуры.

Радиационной  температурой реального тела Т_р называют температуру, при которой полная мощность АЧТ равна полной энергии излучения данного тела при действительной температуре Т_д.

     Яркостной температурой реального тела Т_я называют температуру, при которой плотность потока спектрального излучения АЧТ равна плотности потока спектрального излучения реального тела для той же длины волны (или узкого интервала спектра) при действительной температуре Т_д.

     Цветовой  температурой реального тела Т_ц называют температуру, при которой отношения плотностей потоков излучения АЧТ для двух длин волн и равно отношению плотностей потоков излучений реального тела для тех же длин волн при действительной температуре Т_д.

 

4.2 Пирометры частичного излучения 

     К данному типу пирометров, измеряющих яркостную температуру объекта, относятся монохроматические оптические пирометры и фотоэлектрические пирометры, измеряющие энергию потока в узком диапазоне длин волн. 

  4.3 Оптические пирометры

     

     Принцип действия оптических пирометров основан  на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры. На (рис. 11) представлена схема оптического пирометра с "исчезающей" нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания  лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя "исчезает" из поя зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой АЧТ, что позволяет производить считывание результата в ⁰С.

Данный  тип пирометров позволяет измерять температуру от 700 до 
8000 ⁰С. Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 1200¸2000 ⁰С основная допустимая погрешность измерения составляет ±20 ⁰С. На точность измерения влияют неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а так же за счет отражения посторонних лучей.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 
 

     Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа технологических агрегатов металлургической промышленности требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояние оборудования.

     Температура является одним из основных параметров, подлежащих контролю со стороны систем автоматического управления металлургическими процессами. В условиях агрессивных сред и высоких температур, наиболее подходящими для использования являются фотоэлектрические пирометры. Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 ⁰С и выше.

     Одним из главных достоинств данных устройств  является отсутствие влияния температурного поля нагретого тела на измеритель, так как в процессе измерения  они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Так же фотоэлектрические пирометры обеспечивают непрерывное автоматическое измерение и регистрацию температуры, что позволяет использовать их в системах автоматического управления процессами без дополнительных затрат на приобретение и обслуживание устройств сопряжения. 
 
 
 
 
 

     Список  использованной литературы

1. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: АС АДЕМА,2004.

2. Харт Х. Введение в измерительную технику. - М.: Мир,1999.

3. Классен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. – М.: Постмаркет,2000.

4.Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, - 704 с.

5 Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972, - 392 с.