Кои се физичките принципи на мерење на температурата. Методи и средства за мерење на температурата општи информации. Опис на мерните инструменти

Испратете ја вашата добра работа во базата на знаење е едноставна. Користете ја формата подолу

Студентите, дипломираните студенти, младите научници кои ја користат базата на знаење во нивните студии и работа ќе ви бидат многу благодарни.

Објавено на http://www.allbest.ru

ВОВЕД

Температурата влијае на многу процеси и реакции кои се случуваат во природата, извршени во лаборатории и индустриски постројки. Експертите проценуваат дека мерењата на температурата сочинуваат 50% од вкупниот број на мерења во производството. Особено, температурата го одредува текот на процесите, состојбата на технолошките уреди и начините на нивното работење.

Температурата е една од главните количини што ја одредуваат термодинамичката состојба на супстанциите, карактеризирајќи го степенот на загревање на телото. Тоа е статистички генерирана термодинамичка количина одредена од нивото на внатрешната енергија на телото, која ја носат атомите и молекулите. Во овој случај, температурата се одредува според нивната кинетичка енергија на движење.

Во оваа работа се обидов да соберам информации за современите методи за мерење на температурата. Како што знаете, развиени се многу голем број од нив. Некои од нив се универзални, други се погодни за употреба во одредени научни истражувања и индустрии. температурна луминисценција оптички термички индикатор

Поголемиот дел од апстрактот е посветен конкретно на луминисцентните методи за мерење на температурата, кои сега се ветувачки и многу барани. Под одредени услови, тие имаат голем број на предности во однос на другите: во точност, брзина, реверзибилност, отпорност на надворешни хемиски, електромагнетни, физички и други влијанија, ефикасност.

Затоа, методите за мерење на температурата на луминисцентните продолжуваат да се развиваат брзо и да ги прошируваат нивните полиња на примена. Бидејќи улогата на температурата и термичките мерења во моментов е многу голема, овој апстракт може да биде корисен за специјалисти од многу индустрии и области на науката.

1. КРАТКИ ТЕОРЕТСКИ ИНФОРМАЦИИ ОД ТЕОРИЈАТА НА ТЕРМОМЕТРИЈАТА И ЛУМИНИЦЕНЦИЈАТА

1. 1 Методи за мерење на температурата

За разлика од другите параметри кои ја карактеризираат состојбата на материјата, мерењето на температурата може да се изврши само индиректно, врз основа на зависноста на таквите физички својства на телата од температурата што може директно да се измери. На пример, таква физичка количина може да биде волумен на супстанција, притисок, електричен отпор или друг параметар во зависност од температурата. Во овој случај, неопходно е промената на користениот параметар да биде поврзана со температурата со функционална зависност блиска до линеарната; овој однос треба да се искривува што е можно помалку поради влијанието на другите параметри на процесот, прецизно и едноставно да се репродуцира при калибрирање на мерниот уред.

Обично, измерените температури лежат во опсег од -273 до 3000 ° C, затоа, за мерење на температурата, во сите можни случаи, потребни се различни средства и методи на мерење, на кои, во зависност од мерната задача, значително различни барања се изнесени во однос на точноста на мерењето. Сите овие факти доведуваат до дополнителни потешкотии при изборот на метод за мерење на таков параметар како температура во специфични производни и лабораториски услови.

Моментално познатите методи за мерење на температурата можат да се поделат во две групи: контактни и бесконтактни методи. Кога користите уреди од првата група (на пример, термопарови, анемометри со топла жица, акустични анемометри итн.), Потребно е да се земат предвид, до еден или друг степен, особеностите на пренос на топлина помеѓу објектот, термометарот. и надворешното опкружување, бидејќи контактните термометри се во директен контакт со објектот, што во голема мера влијае на мерењата на резултатите, што воведува значителни грешки.

При мерење на температурата со помош на оптички методи (интерферометриски, оптичко-холографски, итн.), температурното поле на мерниот објект не е искривено. Покрај тоа, станува возможно да се измери температурата не во една точка, туку веднаш во текот на целиот волумен на предметот што се проучува. Заедно со ова, оптичките методи немаат инерцијални грешки, што го олеснува прецизното мерење на моменталните вредности. Високата чувствителност и точност на мерењата ја одредуваат употребата на оптички методи во проучувањето на сложените процеси придружени со остри флуктуации во карактеристиките на процесот.

1. 2 Концептот на луминисценција

Луминисценција (од латинскиот лумен - светлина и -есцент - суфикс што значи слабо дејство), зрачење, кое е вишок над топлинското зрачење на телото и продолжува одредено време значително надминувајќи го периодот на осцилации на светлината.

Природните феномени на луминисценција - поларната светлина, сјајот на некои инсекти, минерали, гнило дрво - се познати уште од античко време, но тие почнаа систематски да ја проучуваат луминисценцијата од крајот на 19 век (Е. и А. Бекерели, Ф. Ленард, В. Крукс и други) ... Интересот за проучување на луминисценцијата на различни супстанции го навел В.К. Во воспоставувањето на основните закони на луминисценцијата, како и во развојот на неговите апликации, делата на советската школа на физичари создадена од С.И. Вавилов беа од исклучителна важност.

Луминисценцијата може да биде предизвикана од бомбардирање на супстанција со електрони и други наелектризирани честички, поминување на електрична струја низ супстанцијата, осветлување на супстанцијата со видлива светлина, рендгенски зраци и гама зраци, како и некои хемиски реакции во супстанција.

Луминисценцијата е забележана во сите состојби на агрегација - во гасови, течности и цврсти материи. На пример, пареи и гасови O 2 , S 2, Na 2 и др., соединенија од бензенската серија, ароматични соединенија, разни видови бои, неоргански кристали со нечистотии од тешки метали, наречени кристалофори, се луминисцентни материи - луминофори.

За разлика од рамнотежното топлинско зрачење, луминисцентното зрачење нема рамнотежен карактер. Тоа е предизвикано од релативно мал број атоми, молекули или јони. Под дејство на извор на луминисценција, тие преминуваат во возбудена состојба, а нивното последователно враќање во нормална или помалку возбудена состојба е придружено со емисија на луминисцентно зрачење. Овие атоми, молекули и јони најчесто се нарекуваат центри на луминисценција.

Процесот на елементарна луминисценција се состои од две фази. Во првата фаза, центарот на луминисценција е возбуден, во втората, тој е луминисцентен при преминот од возбудена состојба во основна состојба или помалку возбудена состојба. Енергијата на фотонот роден во последната фаза е, очигледно, еднаква на разликата во енергиите на состојбите меѓу кои се случила соодветната квантна транзиција. Така, центарот на луминисценција ја користи енергијата на возбудата, претворајќи ја во енергија на сопственото зрачење.

Времетраењето на сјајот се должи на времетраењето на возбудената состојба, која, покрај својствата на луминисцентната супстанција, зависи и од околината. Ако возбудената состојба е метастабилна, тогаш времето на престој на честичката во неа може да достигне 10 -4 секунди, што соодветно го зголемува времетраењето на луминисценцијата.

Луминисценцијата која престанува веднаш по завршувањето на дејството на луминисцентниот патоген се нарекува флуоресценција. Луминисценцијата која опстојува долго време по престанокот на дејството на луминисцентниот патоген се нарекува фосфоресценција.

Флуоресценцијата е предизвикана од транзициите на атоми, молекули или јони од возбудена состојба во нормална состојба. Фосфоресценцијата се должи на присуството на метастабилни возбудени состојби на атоми и молекули, преминот од кој во нормална состојба е тежок поради една или друга причина. Преминот од метастабилна состојба во нормална состојба е можен само како резултат на дополнително возбудување, на пример, термичко. Разликата помеѓу флуоресценцијата и фосфоресценцијата е прилично произволна.

Луминисценцијата под дејство на светлината се нарекува фотолуминисценција, под дејство на електронско бомбардирање - катодолуминисценција, под дејство на електрично поле - електролуминисценција, под дејство на хемиски трансформации - хемилуминисценција. Познати се и триболуминесценцијата - сјајот при триење на одредени супстанции, кристалната луминисценција - сјајот што се јавува при механичко компресија на кристалите и јонолуминисценцијата - сјајот кога ултразвучните бранови минуваат низ растворите на одредени супстанции.

Во зависност од природата на елементарните процеси кои водат до луминисцентно зрачење, постојат спонтани, принудни и рекомбинирани процеси на луминисценција, како и резонантна флуоресценција. Резонантната флуоресценција е забележана во атомските пареи и се состои во спонтано емитување од истото енергетско ниво како што се нашол атомот што емитува при апсорпција на енергија од извор на луминисценција. Кога резонантната флуоресценција е возбудена од светлина, се јавува резонантно зрачење, кое се трансформира во резонантно расејување со зголемување на густината на пареата. Спонтаната луминисценција се состои во фактот дека под влијание на изворот на луминисценција, атомите (молекули или јони) прво се возбудуваат до средно возбудени нивоа на енергија ( Е 2 ) - Понатаму од овие нивоа има радијативни, а почесто нерадијативни (сл. 1) премини кон нивоата од кои се емитува луминисцентниот сјај. Овој тип на луминисценција е забележан во сложени молекули во пареа и раствори, во центри за нечистотии во цврсти материи.

Стимулираната (метастабилна) луминисценција се карактеризира со тоа што, под дејство на извор на луминисценција, се случува премин кон метастабилно ниво, а потоа следи премин кон метастабилно ниво, а потоа следи премин кон ниво на луминисцентно зрачење (Сл. 2).

Пример е фосфоресценцијата на органската материја. Рекомбинација луминисценција е рекомбинација на зрачење што се јавува кога честичките повторно се соединуваат кои биле одвоени со апсорпција на енергија од извор на луминисценција (во гасови - радикали или јони, во кристали - електрони и дупки).

Рекомбинираната луминисценција може да се појави во центрите за дефекти или нечистотии (луминисцентни центри), кога дупките се заробени на нивото на земјата на центарот, а електроните се заробени на неговото возбудено ниво.

Регуларности на луминисценција.

1. Правило на Стоукс: брановата должина на фотолуминисценцијата е обично поголема од брановата должина на возбудливата светлина. Во поопшта формулација: максимумот на спектарот на луминисценција е поместен на подолги бранови должини од максимумот на спектарот на апсорпција. Од квантна гледна точка, правилото на Стоукс значи дека енергијата hvквантум на возбудлива светлина делумно се троши на неоптички процеси:

hv = hv лум+ Ш,тие. v лум < v или л лум> л ,

каде Ш -енергија потрошена на различни процеси освен фотолуминисценцијата.

2. Во некои случаи, фотолуминисцентното зрачење има бранови должини во својот спектар кои се пократки од брановите должини на возбудливата светлина (зрачење против Стоукс). Овој феномен се објаснува со фактот дека енергијата на термичкото движење на атомите, молекулите или јоните на фосфорот се додава на енергијата на возбудливиот фотон:

hv лум = hv погл + акТ,

каде а -коефициент во зависност од природата на фосфорот, k -Болцманова константа, Т -апсолутна температура на фосфорот. Анти-Стоукс зрачењето се појавува сè појасно како што се зголемува температурата на фосфорот.

3. Односот на енергијата на луминисценцијата со енергијата апсорбирана во стационарни услови од фосфор од извор што ја возбудува луминисценцијата се нарекува принос на енергија на луминисценција.

Квантниот принос на фотолуминисценција е односот на бројот на фотони на луминисцентното зрачење со бројот на апсорбирани фотони на возбудливата светлина при фиксна енергија на втората. Енергетскиот принос на фотолуминисценцијата се зголемува правопропорционално со брановата должина l на апсорбираното зрачење, а потоа, достигнувајќи во одреден интервал на l Максмаксималната вредност, брзо се намалува на нула со дополнително зголемување (законот на Вавилов). Со зголемување на брановата должина на возбудливата светлина, бројот на фотони со енергија ХВ,содржани во дадена енергија на примарното зрачење. Бидејќи секој фотон може да предизвика појава на квант hv лум, тогаш со зголемување на брановата должина се јавува зголемување на енергетскиот принос на l Макссе објаснува со фактот дека енергијата на апсорбираните фотони станува недоволна за возбудување на честичките на фосфорот.

Според законот на Вавилов, квантниот принос на фотолуминисценцијата не зависи од брановата должина на возбудливата светлина во регионот Стоукс (v лок> v лум) и нагло паѓа во областа на анти-Стоукс зрачење (v лок < v лум).

Вредностите на квантниот и енергетскиот принос силно зависат од природата на фосфорот и надворешните услови. Ова се должи на можноста за нерадијативни транзиции на честичките од возбудена во нормална состојба, таканареченото гаснење на луминисценцијата. Главната улога во процесите на гаснење ја играат судирите од вториот вид, како резултат на што енергијата на возбудувањето се претвора во внатрешна енергија на топлинско движење без зрачење. Исто така, постои нагло намалување на интензитетот на флуоресценцијата при претерано висока концентрација на молекулите на луминисцентната супстанција, наречена калење на концентрацијата. Во овој случај, поради силната врска помеѓу честичките, формирањето на центри за луминисценција е невозможно.

4. Интензитетот на луминисценцијата за спонтана и метастабилна луминисценција се менува со текот на времето според експоненцијален закон:

каде јас -интензитетот на луминисценција на време т, јас 0 - интензитетот на луминисценцијата во моментот на завршување на побудувањето на луминисценцијата, е просечното времетраење на возбудената состојба на атомите или молекулите на фосфорот.

Вредноста на m обично е од редот на 10 -9 - 10 -8 сек. Во отсуство на процеси на гаснење, m слабо зависи од условите и главно се одредува со интрамолекуларни процеси.

5. Интензитетот на рекомбинираниот луминисцентен сјај се менува со текот на времето според хиперболичниот закон:

каде аи НС -постојан; магнитуда алежи во опсег од фракции од сек -1 до многу илјади сек -1; , каде Јас 0 - интензитетот на рекомбинација луминисценција во моментот на нејзиното возбудување; nсклучен во опсег од 1 до 2.

Луминисцентните методи за мерење на температурата се засноваат на температурната зависност на интензитетот на луминисцентното зрачење на некои фосфори, што се користи во различни сензори за мерење на температурата и топлинските облоги.

2. ВЛАКНА ОПТИЧКИ СЕНЗОРИ

2 .1 Сензори со оптички влакна

Сензорите со оптички влакна можат да измерат многу карактеристики на лабораториските и индустриските капацитети, особено температурата. И покрај фактот дека нивната употреба е прилично макотрпна, таа обезбедува голем број на предности, употребата на такви сензори во пракса: неиндукција (т.е. неосетливост на влијанието на електромагнетната индукција); мала големина на сензори, еластичност, механичка сила, висока отпорност на корозија итн.

Таканаречениот Раман ефект е особено погоден за мерење на температурата со оптички влакна од силика стакло. Светлината во стаклените влакна се расфрла со микроскопски мали флуктуации на густината, чија големина е помала од брановата должина. Во повратното расејување, може да се најде, заедно со еластичната фракција на расејување (емитувано расејување) на иста бранова должина, и навлезената светлина и дополнителни компоненти на други бранови должини, кои се поврзани со вибрациите на молекулите, а со тоа и со локалната температура (Раман Раман расејување) ...

Сензори за оптички влакна

Сензорите за оптички влакна (исто така често се нарекуваат сензори за оптички влакна) се уреди со оптички влакна за откривање одредени количини, обично температура или механички стрес, но понекогаш и поместување, вибрации, притисок, забрзување, ротација (мерено со оптички жироскопи базирани на ефектот Sagnac ), и концентрацијата на хемикалиите. Општиот принцип на таквите уреди е дека светлината од ласер (најчесто едномоден фибер ласер) или суперлуминисцентен оптички извор се пренесува преку оптичко влакно, подложувајќи мала промена во неговите параметри во влакното или во еден или повеќе Браг решетки, а потоа стигнува до колото за откривање, кое ги оценува овие промени.

Во споредба со другите типови сензори, сензорите со оптички влакна ги имаат следните предности:

· Тие се состојат од електрично непроводни материјали (не бараат електрични кабли), што им овозможува да се користат, на пример, на места со висок напон.

· Тие можат безбедно да се користат во експлозивна средина бидејќи не постои ризик од електрична искра, дури и во случај на дефект.

· Тие не се подложни на електромагнетни пречки (EMI), дури и во близина на удар на гром, и сами по себе не ги електрифицираат другите уреди.

· Нивните материјали можат да бидат хемиски инертни, односно да не ја загадуваат околината и да не кородираат.

· Имаат многу широк опсег на работна температура (многу повисок од оној на електронските уреди).

· Имаат способност за мултиплексирање; повеќе сензори на една врска со влакна може да се интегрираат со еден оптички извор (види подолу).

Сензори за решетки Bragg

Сензорите за оптички влакна често се засноваат на решетки со влакна Браг. Основниот принцип на многу сензори за оптички влакна е дека брановата должина на Браг (т.е. брановата должина на максимална рефлексија) во решетка зависи не само од периодот на решетката на Браг, туку и од температурата и механичкиот стрес. За кварцните влакна, промената на брановата должина на Браг по единица напрегање е околу 20% помала од истегнувањето, бидејќи има ефект на деформација на намалување на индексот на рефракција. Температурните ефекти се блиску до очекуваните само со термичка експанзија. Температурните и деформационите ефекти може да бидат различни кога се користат различни технички средства (на пример, користење на референтна решетка што не е предмет на деформација или користење на различни видови решетки со влакна), така што двете вредности се запишуваат истовремено. За да се регистрира само деформација, резолуцијата достигнува неколку µe (т.е. релативната промена во должината на редот), додека точноста е со ист ред на мала. За динамички мерења (на пр. акустични феномени), се постигнува чувствителност поголема од 1 meu на пропусен опсег од 1 Hz.

Дистрибуирано сензорирање

Другите сензори за оптички влакна не користат решетки со оптички влакна како сензори, користејќи ги самите влакна како сензори. Принципот на сензори кај нив се заснова на ефектот на Рајлиово расејување, Раманско расејување или Брилоуин расејување. На пример, техника на рефлектометрија на оптички временски домен каде што позицијата на слабо рефлектираната област може да се одреди со помош на импулсен звучен сигнал. Овој метод исто така се користи за одредување на други количини како што се температурата или стресот како функција на Брилуиновото поместување на фреквенцијата.

Во некои случаи, измерената вредност е просечна во текот на целата должина на влакното. Овој метод е типичен за некои температурни сензори, како и за интерферометри базирани на ефектот Sagnac, кои се користат како жироскопи. Во други случаи, се мерат големини зависни од положбата (на пр. температура или напон). Ова се нарекува дистрибуирано сензорирање.

Квази-дистрибуирани сензори

Одредени влакна може да содржат низа низи со сензори (види погоре) за следење на температурата и дистрибуцијата на напор низ влакното. Ова се нарекува квази-дистрибуирано сензорирање. Постојат различни технички решенија за адресирање само на една решетка (а со тоа и прецизно одредување на положбата долж влакното)

Во една техника наречена мултиплексирање со целосна бранова должина (WDM) или рефлектометрија на оптичкиот фреквентен домен (OFDR), решетките имаат малку различни бранови должини на Браг. Брановата должина на прилагодливиот ласер во интеграторот може да се прилагоди на бранова должина што припаѓа на одреден тип на решетка, а брановата должина на максималната рефлексија укажува на ефектот на деформација или, на пример, температура. Дополнително, изворите на светлина од широкопојасни извори на светлина (на пр. суперлуминисцентни извори) може да се користат заедно со фотодетектор за скенирање на бранова должина (на пример, врз основа на резонатор на влакна Fabry-Pero) или врз основа на спектрометар CCD. Во секој случај, максималниот број на решетки, по правило, не надминува 10-50, што е ограничено со опсегот на поставување на преносниот капацитет на изворот на светлина и потребната разлика во брановите должини во решетките на влакната.

Друга техника, наречена мултиплексирање со поделба на времето (TDM), користи идентични решетки со ниска рефлексија во кои се испраќаат кратки импулси на светлина. Рефлексиите од различни решетки се запишуваат според времето на нивното пристигнување. Поделбата на временска поделба (TDM) често се користи заедно со поделбата на бранова должина (WDM) за да се помножи бројот на различни канали со стотици или дури илјадници пати.

Други пристапи

Покрај пристапите опишани погоре, постојат многу алтернативни методи. Еве некои од нив:

· Браг решетки со влакна може да се користат во пречки оптички влакна, каде што се користат само како рефлектори и го мерат фазното поместување во зависност од растојанието меѓу нив.

· Постојат ласерски Браг сензори, каде што сензорот за решетка се наоѓа во последното огледало на ласерскиот резонатор со оптички влакна, базиран на влакно допирана со ербиум, која чувствува пумпање светлина на бранова должина од 980 nm низ влакното. Брановата должина на Браг, која зависи, на пример, од температурата или механичкиот стрес, ја одредува генерациската бранова должина. Овој пристап, кој има многу опции за понатамошен развој, ветува дека ќе даде високи резултати поради тесниот спектрален опсег, кој е карактеристичен за ласерот со влакна и високата чувствителност.

· Во некои случаи, парови од браг решетки се користат како влакна за интерферометри Fabry-Pero, кои можат да бидат особено чувствителни на надворешни влијанија. Интерферометарот Fabry-Pero може да се направи и на поинаков начин, на пример, со користење на променлив воздушен јаз во влакното.

· Долгорочните решетки се особено интересни за симнување на неколку параметри истовремено (на пример, температура и напрегање) или на друг начин, за алтернативно определување на деформација со многу мала чувствителност на температурни промени.

Области на употреба

Дури и по неколку години развој, сензорите за оптички влакна сè уште не уживаат голем комерцијален успех, бидејќи е тешко да се заменат технологиите што моментално се користат, дури и ако имаат одредени ограничувања. Додека во некои апликации, сензорите за оптички влакна добиваат прифатеност како технологија со голем потенцијал и интересни способности. Ова е, на пример, работа во сурови средини, како што е љубопитство во уреди со висок напон или во микробранови печки. Сензорите за решетка на Браг може да се користат, на пример, за следење на условите во крилата на авионите, во турбините на ветер, мостовите, големите брани, нафтените бунари и цевководи. Зградите со вградени сензори за оптички влакна понекогаш се нарекуваат „паметни структури“, каде што сензорите ја следат деформацијата во различни делови од структурата и добиваат податоци за овие промени, како што се абење, вибрации итн. Паметните дизајни се главната движечка сила за развој на сензори за оптички влакна.

Врз основа на материјали од Интернет енциклопедијата www.rp-photonics.com

2.2 холандскиk врз основа на топлинско зрачење

Сензорите со оптички влакна базирани на топлинско зрачење може да се користат како уреди за мерење на температурата, чија суштина е како што следува. Супстанцијата што се испитува емитира топлинско зрачење на температури над 0 K поради термички вибрации на атомите и молекулите. Енергијата на зрачењето се зголемува како што температурата се зголемува, а брановата должина на која зрачењето е максимално се намалува. Според тоа, за да ја одредите температурата, можете да ја користите формулата Планк за енергијата на топлинското зрачење на црно тело на фиксна бранова должина или во опсегот на бранова должина.

Главната предност на овој метод е можноста за мерење високи температури без контакт. Светлосни детектори и оптички влакна се избираат во зависност од опсегот на измерените температури. Опсегот на мерење на температурата за сензорите за зрачење со оптички влакна е во опсег од 400 до 2000 ° C. Кога се користат оптички влакна проѕирни на инфрацрвени зраци со бранова должина од 2 μm или повеќе, можно е да се измерат уште пониски температури.

2.3 Сензор базиран на Pапсорпција на светлина од полупроводници

Познати се и сензорите за оптички влакна чија работа се заснова на оптичките својства на одредени полупроводници. Употребениот полупроводник има гранична бранова должина на оптичкиот спектар на апсорпција. За светлина со пократка бранова должина од спроводникот, апсорпцијата се зголемува и како што температурата се зголемува, брановата должина на прекинот се движи кон подолги бранови должини (околу 3 nm / K). Кога зрак од извор на светлина со спектар на зрачење во близина на наведената граница на спектарот на апсорпција се нанесува на полупроводнички кристал, интензитетот на светлината што минува низ фотосензитивниот дел на сензорот ќе се намалува со зголемување на температурата. Температурата може да се снима со помош на излезниот сигнал на детекторот користејќи го наведениот метод.

Користејќи го овој метод, можете да ја измерите температурата во опсег од 30 до 300 ° C со грешка од ± 0,5 ° C.

2 .4 Сензор базиран на флуоресценција

Овој сензор е структуриран на следниов начин. На крајната страна на оптичкото влакно на фотосензитивниот дел се нанесува флуоресцентна супстанција. Флуоресцентното зрачење генерирано од ултравиолетовите зраци спроведено од оптичко влакно го прима истото влакно. Температурниот сигнал се открива со пресметување на односот на соодветните вредности на интензитет на флуоресценција за сигнал со бранова должина што е силно зависен од температурата до интензитетот на сигнал со различна бранова должина што е слабо зависен од температурата.

Опсегот на температури што се мери со таков сензор е во опсег од -50 до 200 ° C со грешка од ± 0,1 ° C.

3. ТЕРМИЛНИ ПРЕГЛЕДИ

3.1 Општи информации за топлинските облоги

Потребата да се добијат информации за температурното поле на површината на објекти со сложени геометриски форми доведе до појава на нови методи за мерење на температурата. Особено, во последниве години, посебно внимание е посветено на развојот на различни термички облоги засновани на специјални бои кои се применуваат на проучуваната површина и овозможуваат истовремено да се добијат информации за целото температурно поле. Методот за означување на температурата со употреба на термосензитивни облоги импресионира со неговата едноставност, исплатливост и широчината на можностите за мерење.

Употребата на термосензитивни премази е особено ефикасна за проучување на распределбата на температурата во печките за различни намени, вклучително и за печење карпи во производството на минерални ѓубрива, во гасни и парни турбини итн. Главни потрошувачи се индустријата за градежни материјали, производството на минерални ѓубрива, изградбата на турбини, електронската и воздухопловната индустрија. Од најголем интерес се термичките индикатори во боја со повеќе позиции. Истражувањето на патентот со длабочина на пребарување од 20 години покажа дека водечки земји во развојот на термички индикатори се Велика Британија, САД, Франција, Германија и Јапонија. Откриено е дека не постојат патенти за повеќепозициски термички индикатори кои се користат за контрола на температурните полиња. Има патенти од Германија, Велика Британија, САД за термички индикатори кои имаат една транзиција на боја, кои не можат да се користат за контрола на температурните полиња, туку само за одредување на температурата на одредена точка.

Постојат четири главни типа на термички индикатори:

а) композиции кои ја менуваат бојата на одредена температура, наречена критична или преодна температура;

б) состави кои се топат на одредена температура;

в) термички индикатори со течни кристали, во одреден температурен опсег претворајќи се во течна кристална состојба, која има својство, со мала промена на температурата, да ја промени својата структура така што зракот на светлина што паѓа врз нив се распаѓа и се рефлектира со промена на бојата.

г) луминисцентни композиции, чија осветленост или боја на сјајот зависи од температурата.

Првиот тип вклучува специјални премази кои вклучуваат пигменти чувствителни на топлина.

Вториот тип вклучува моливи, лакови, таблети итн., кои содржат компоненти, кога се топат, тие стануваат транспарентни.

Третиот тип вклучува фосфори, кои или „изгаснуваат“ на одредена температура, или осветленоста и бојата на нивниот сјај строго зависат од температурата.

Според нивните физичко-хемиски трансформации, термичките индикатори се поделени во три групи: реверзибилни, неповратни и квазиреверзибилни.

Реверзибилните вклучуваат термички индикатори, кои, менувајќи ја бојата кога се загреваат до преодната температура или погоре, ја враќаат нивната оригинална боја кога температурата паѓа под критичната.

Неповратни се оние во кои, при загревање, се случуваат неповратни процеси (хемиски или физички), како резултат на што не се враќа првобитната боја по последователното ладење.

Термичките индикатори се нарекуваат квази-реверзибилни, кои, менувајќи ја нивната боја кога се загреваат до преодната температура или повисока, ја обновуваат со последователно намалување на температурата постепено под влијание на влага. Тие можат да се користат повеќе пати.

3.2 Облоги што ја менуваат бојата

Како по правило, сите бои и лакови ја менуваат нивната оригинална боја (бледнеат) кога се загреваат. Овде можете да се повикате на класичното дело на С. И. Вавилов. Сепак, овој непожелен феномен може да се користи како термометриско својство. Се разбира, не сите супстанции се погодни за индикација на температурата. Термички индикатори се само оние соединенија кои брзо и јасно ја менуваат нивната оригинална боја на критична температура.

Следниве барања се наметнуваат на термичките индикатори: боите на облогата пред и по изложувањето на критичната температура мора да се разликуваат; промената на бојата мора да се случи во тесен температурен опсег и преодната температура мора да биде стабилна; промената на бојата треба да се случи доволно брзо (за помалку од 0,1 - 1 сек);не смее да има штетно влијание врз мерниот објект; трансформациите што се случуваат не треба да бидат придружени со ослободување на штетни гасови.

Според принципот на работа, термосензитивните премази може да се поделат на следниве главни типови: облоги со хемиска интеракција на компонентите; премази во кои компонентите се топат; премази со површински градиент; термохромни облоги.

Термички индикатори со хемиска интеракција на компонентите. За овој тип на термички индикатори, промената на бојата на филмовите е поврзана со промена на хемискиот состав или структурата на кристалната решетка на термосензитивни пигменти (промена на киселоста, кристалната структура, поминување на реакции на дехидрација, термичко распаѓање и цврста фаза).

Постојат термички индикатори кои можат многу пати да ја менуваат бојата за време на загревањето; некои претрпуваат до 12 промени во боја. За нивно производство се користат мешавини на пигменти чувствителни на топлина.

Значаен недостаток на овие пигменти е тоа што ги кородираат металите на кои се нанесуваат, бидејќи овие метали реагираат со јодиди, поместувајќи ја живата. Во овој поглед, при нивната директна примена, неопходно е да се заштити металната површина или да се нанесат на ленти направени од ткаенина, хартија, нерѓосувачка фолија и сл., кои потоа треба да се залепат на површината од интерес.

3.3. Индикатори за термо топење и врз основа на течни кристали

Топење облоги. Индикаторите за термичко топење се материјали суспендирани во инертен растворувач или врзивно средство. Се произведуваат во форма на термички моливи (боички), термални лакови, термални таблети. Восокот, стеаринот, парафинот се користат како показателски материјали за примероците со ниска температура, а соединенијата на сулфур, цинк, олово, бакар итн., за примероци со средна и висока температура.

Термичките моливи се боички чувствителни на топлина со калибрирани точки на топење. При мерење со термички молив се применува ризик на испитуваната површина, која се топи кога површината ќе достигне одредена температура. Треба да се има на ум дека за време на процесот на загревање, ознаките со молив постепено ја менуваат својата боја. Меѓутоа, за разлика од моливите чувствителни на топлина, кои ја менуваат бојата на одредена температура, промената на бојата кај овој тип на моливи не е сигнал дека површината достигнала одредена температура. За топло топени моливи, вредноста на температурата може да се добие само кога се менува состојбата на агрегација (премин од цврсто во течно).

Thermovarnish се состои од супстанции слични во составот на индикаторските супстанции на топење на термо-моливи. Овие супстанции се суспендирани во хемиски инертен растворувач. Лакот формира груба, непроѕирна обвивка на површината. На одредена температура, филмот се топи за да формира сјајна обоена или проѕирна површина.

На работната површина се ставаат термички индикаторски таблети (или прав) со ист состав како моливи и лакови. Појавата на знаци на топење на линијата на контакт на таблетата (прав) со површината укажува дека површината достигнала одредена температура. Овие термички индикатори се неповратни.

Термички сведоци. Овој тип на температурен индикатор вклучува плочи (коцки) направени од чист метал или легура со калибрирана точка на топење. При одредување на температурата, сет од овие коцки се нанижуваат на огноотпорна жица, која е прикачена во потребната површина. Како што се постигнува одредена фиксна температура, коцката се топи, што покажува дека оваа температура е постигната. Со менување на составот на супстанциите, можно е да се добијат термички тестери за многу значителен температурен опсег. Термичките сведоци можат да вклучат и специјални налепници - парчиња пластика што поцрнуваат во температурен опсег од 100-500 ° C. Точноста со која температурата може да се снима со помош на овие налепници е Неповратни термички индикатори.

Површински - градиентни премази. Овој тип на термички индикатори го сочинуваат таканаречените течни кристали. Некои органски соединенија формираат течни кристали, кои истовремено имаат својства на течност (висока флуидност, способност да бидат во состојба како капка) и цврсто кристално тело (анизотропија).

Течните кристали на стерол (холестерол) може да се користат како термички индикатори. Кога температурата се менува за стотинки од степенот, светлината што се рефлектира од облогата со течни кристали драматично го менува спектралниот состав.

Течните кристали на холестерол имаат спирална извиткана структура; ова, очигледно, ја објаснува нивната силна оптичка активност.

Течните кристали се од два вида: кристали (вклучувајќи го и холестеролот), чија вискозност е блиска до вискозноста на водата и кристали, чија вискозност е околу 10 пати поголема. Течните кристали формираат органски соединенија, чии молекули имаат издолжена форма слична на прачка.

Типично, течните кристали на термички индикатор се формираат од естри на холестерол.

Но, постојат течни кристали чувствителни на топлина кои не се поврзани со соединенијата на холестерол.

3.4 Луминисцентни премази

Луминисцентните супстанции - фосфори - се супстанции кои можат да испуштаат светлина под влијание на разни видови возбудувања.

Самиот збор „луминофори“ не е поврзан со температурата („лумен“ - светлина, „форос“ - носител), меѓутоа, во овој тип на термички индикатори се покажа дека е можно да се користи како термометриско својство општо несаканата зависност од некои од нивните карактеристики на температурата. Прво, промената на осветленоста на сјајот со постојано возбудување на фосфорот, и оваа зависност може да биде многу остра. На пример, мешавина од цинк и кадмиум сулфиди активирани со сребро (ZnSCdS * Ag) ја менува својата емисионост за 20% кога температурата се менува за 1 ° C. Второ, за секој фосфор има строго дефинирана температура на која тој престанува да свети, а за познати супстанции температурниот опсег е многу широк. На пример, за оловниот бариум, активиран со волфрам (BaPb * W), оваа температура е минус 100 ° C, а за алуминиум оксид активиран со хром (синтетички рубин Al2O3 * Cr), достигнува 1000 ° C. Трето, остра промена на бојата на сјајот. На пример, цинк сулфидот активиран од манган (ZnS * Mn), кој свети сино на собна температура, испушта жолт сјај на 90 ° C. Четврто, менување на тонот на бојата на сјајот. Оваа зависност се јавува кај голема група фосфори.

За индикација на температурата, по правило, се користат фотолуминофори (побудување со ултравиолетова и видлива светлина), што е поврзано со поголема достапност на изворот на возбудување. Оптимален извор на побудување е ултравиолетовото зрачење со бранова должина од 0,365 микрон 2 .

Флуоресцентните супстанции што се користат како термички индикатори може да бидат органски бои, на пример, родамин.

и неоргански, на пример цинк сулфид или негова мешавина со кадмиум сулфид.

Меѓутоа, почесто, супстанциите со фосфоресцентни својства се користат за означување на температурата. Станува збор за висококристални материјали, кои се означени со формули од типот MeR * A (MeR - фосфорна база; А - активатор). На пример, покрај супстанциите веќе споменати погоре, за овие цели се користи ZnS (48) CdS (52) * Ag (0,01) - мешавина од цинк и кадмиум сулфиди, активирани со сребро (во заграда, тежинската содржина на компонентите се дадени во проценти); ZnS (60) ZnSe (40) - цинк сулфид со цинк селенид; ZnS (60) ZnSe (40) * Ag (0,005) - мешавина од цинк сулфид со цинк селенид, активиран со сребро; ZnS (60) ZnSe (40) * Cu (0,005) - мешавина од цинк сулфид со цинк селенид, активиран со бакар; ZnS (88) Cd (12) * Cu (0,008) - мешавина од цинк и кадмиум сулфиди, активирани со бакар; ZnS * Ag (0,01) * Cu (0,005) - цинк сулфид, активиран со сребро и бакар; ZnS * Mn (0,06) е цинк сулфид активиран од манган. Со менување на составот на фосфорната основа и особено на активаторот и неговата концентрација, можно е да се добие потребната температурна зависност од интензитетот на сјајот, тонот на бојата, како и критичната температурна вредност при која фосфорот престанува да свети или нагло ја менува боја на сјај.

Кога фосфорот е возбуден, енергијата се апсорбира и на нивоата на активаторот и во основната супстанција на фосфорот. Во првиот случај, електроните на атомот на активаторот се возбудени. Нивното враќање во основната состојба е придружено со емисија на светлина со бранова должина карактеристична за дадениот активатор. Во овој тип на фосфор, наречен карактеристичен, електронски транзиции поврзани со апсорпција и емисија на енергија се случуваат внатре во јонот на активаторот, кој е вклучен во кристалната решетка на основата на фосфорот. Оваа класа на фосфори се карактеризира со закон за експоненцијално распаѓање.

Во вториот случај, енергијата апсорбирана во основата на фосфорот се пренесува на јоните на активаторот. Процесот на пренос на енергија се врши со пренос на електрони и дупки, а зрачењето се јавува како резултат на рекомбинација на слободни електрони со кој било центар на луминисценција. Оваа класа на фосфори се карактеризира со сложен закон за распаѓање на луминисценцијата. Првата краткотрајна фаза од процесот на амортизација се јавува според експоненцијалниот закон, а во понатамошната фаза амортизацијата продолжува според хиперболичниот закон. Во овој регион, интензитетот на сјајот зависи од температурата. Фосфорите се реверзибилни термички индикатори.

Формите на фосфор почнаа да се користат за индикација на температурата во 50-тите години. Првите фотолуминисцентни пигменти беа развиени во Германија помеѓу 1940 и 1942 година. Во 1945 година, за прв пат се дискутираше за методот за производство на флуоресцентни пигменти во САД. Во следните години, нивниот развој и производство се развиваа со брзо темпо. Во Англија и Франција, фосфорите се појавија подоцна. Производството на фосфор е добро развиено во Јапонија. Американска компанија Истман кодакпроизведува голем број на фосфори за прилично широк температурен опсег со висока чувствителност: кога температурата се менува за 1 ° C, осветленоста на сјајот се менува за 20%. Американска фирма У.С. Радиумпроизведува фосфори кои покриваат температурен опсег од 25-400 ° C. Нивната чувствителност е исто така висока. На пример, за еден од нив што работи во опсег од 25-70 ° С, падот на осветленоста на сјајот од 25% одговара на промена на температурата од 1 ° С.

Високата чувствителност на овој тип термички индикатори, нивното однесување без инерција е несомнена предност на фосфорите. Сепак, во споредба со другите наведени типови, тие имаат значителни недостатоци:

а) потребата да се зрачи облогата со ултравиолетова светлина, што само по себе не предизвикува тешкотии, но бара извор на ултравиолетово зрачење;

б)потребата да се одржи постојан интензитет на флуксот на возбуда, бидејќи осветленоста на сјајот на фосфорот зависи од возбудувањето;

в) потребата да се забележи промената на луминисценцијата на филмот, бидејќи фосфорите се реверзибилни термички индикатори, што исто така бара употреба на дополнителна опрема.

ЗАКЛУЧОК

Прегледот на информациите за методите за мерење на температурата на луминисцентните презентирани во ова дело дава право да се тврди дека овие методи се ветувачки и барани.

Луминисцентните методи за мерење на температурата се засноваат на температурната зависност на интензитетот на луминисцентното зрачење на некои фосфори. Ова својство е основа за работа на луминисцентни сензори со оптички влакна и термички облоги.

Во споредба со другите видови сензори, сензорите со оптички влакна нудат голем број на предности. Тој е електрично неутрален, отпорен на корозија, имун на електромагнетни пречки.

Иако сензорите со флуоресцентни оптички влакна се потешки за употреба, тие обезбедуваат попрецизни отчитувања од другите видови сензори.

Термичките облоги овозможуваат истовремено да се добијат информации за температурното поле на површини со сложени геометриски форми.

Овој метод е широко користен во авијацијата и вселенската, хемиската и другите индустрии. Термичките премази се прилично лесни за употреба и обезбедуваат висока точност на мерењето (пад од 25% на осветленоста на сјајот може да одговара на промена на температурата од 1 ° C.), а исто така се инертни, што е многу важна карактеристика при мерење на температурата .

Од горенаведениот преглед, очигледно е дека има потреба од понатамошен развој и подобрување на технологиите за мерење на температурата со помош на луминисцентни методи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамович Б.Г. Термички индикатори и нивна примена. - М .: Енергија, 1972 година.

2. Голема советска енциклопедија, (електронска верзија).

3. Ландсберг Г.С. Оптика. Москва: Наука, 1976 година.

4. Lineweg F. Мерење на температури во технологијата. Директориум. Пер. од германски., М .: Металургија, 1980 г

Објавено на Allbest.ru

...

Слични документи

Техники што се користат за мерење на температурите на пламенот: контакт - со помош на термоелектричен термометар и бесконтактен - оптички. Инсталација за мерење. Изгледи за употреба на бесконтактни оптички методи за мерење на температурата на пламенот.

термински труд додаде 24.03.2008


Главните ваги за мерење на температурата. Максимална и минимална вредност во услови на Земјата. Температура на човечкото живеалиште. Температурен фактор на територијата на Земјата. Распределба на температурата во различни области на телото во ладни и топли услови.

извештај додаде 18.03.2014 година


Развој и усовршување на технологии за мерење на температурата со помош на луминисцентни, контактни и бесконтактни методи. Меѓународна температурна скала. Создавање на алкохол, жива, манометриски и термоелектрични термометри.

термински труд додаде 06.07.2014 година


Инструменти за мерење на температурата. Карактеристики на термоелектричните конвертори. Принципот на работа на пирометрите со спектрален однос. Мерач и инструменти за мерење на апсолутен притисок. Видови течни, деформациони и електрични мерачи на притисок.

упатство, додадено на 18.05.2014 година


Концептот и изворите на топлинско зрачење, неговите закони. Класификација на пирометриски методи и уреди за мерење на температурите. Уредот и принципот на работа на пирометарот OPIR-09, начинот на негова верификација, можни дефекти и нивна поправка.

термински труд, додаден на 12.02.2012 година


Карактеристично за количество кое ја карактеризира топлинската состојба на телото или мерка за неговото „греење“. Причина за Брауново движење. Прогенитор на современите термометри, нивните типови. Температурни единици, типови на скала. Експеримент за правење термоскоп.

презентацијата е додадена на 14.01.2014 година


Основни информации за температурата и температурните скали, способноста за мерење. Употребата на термометри во пракса и барањата за мерните инструменти кои се дел од државните стандарди на соодветните температурни опсези.

апстракт, додаден на 27.03.2009 година


Општи одредби на теоријата на луминисценција. Разгорување и распаѓање на луминисценцијата. Зависност на интегралната и моменталната осветленост на електролуминисценцијата од напонот, фреквенцијата, температурата. Инфрацрвено дејство на фосфор. Електрофотолуминисценција.

теза, додадена на 05.04.2008 година


Определување на линеарен топлински флукс со методот на последователни приближувања. Одредување на температурата на ѕидот од страната на водата и температурата помеѓу слоевите. График за промена на температурата при пренос на топлина. Рејнолдс и Нузелт броеви за гасови и вода.

тест, додаден на 18.03.2013 година


Техника за нумеричко решавање на проблеми со нестабилно спроводливост на топлина. Пресметка на распределбата на температурата преку пресекот на зракот со експлицитни и имплицитни методи. Почетна распределба на температурата во цврсто тело (привремени гранични услови). Придобивки од имплицитен метод.

Вовед
Високите перформанси, економично и безбедно работење на технолошките единици од машинската индустрија бара употреба на современи методи и средства за мерење на количините што го карактеризираат текот на производниот процес и состојбата на опремата.
Главните параметри (количини) кои мора да се следат за време на работата на единиците се температурата на различни медиуми; потрошувачка, притисок, состав на гасови и течности; состав на метали; геометриски димензии на валани производи. Автоматските уреди ја мерат температурата: во работните простори на металуршките печки, стопен и загреан метал, елементи од огноотпорни ѕидари, дизајн на регенератори и рекуператори, како и производи за согорување на гориво.
Во историјата на развојот на светската технологија, може да се разликуваат три главни насоки: создавање на машински мотори (вода, ветер, пареа, внатрешно согорување, електрични), кои го ослободија човекот од тешка физичка работа; создавање на машински алати, односно машински алати и технолошка опрема за различни намени; создавање на уреди за следење и контрола на мотор-машини, машински алати и технолошки процеси.

Поглавје 1. Методи и технички средства за мерење на температурата
1.1 Мерење на температурата
Постојат два главни начини за мерење на температурите - контакт и бесконтактен. Контактните методи се засноваат на директен контакт на трансдуцерот за мерење на температурата со предметот што се испитува, како резултат на што се постигнува состојба на топлинска рамнотежа помеѓу трансдуцерот и предметот. Овој метод има свои недостатоци. Температурното поле на објектот се искривува кога во него се воведува термички детектор. Температурата на трансдуцерот е секогаш различна од вистинската температура на објектот. Горната граница на мерење на температурата е ограничена со својствата на материјалите од кои се направени температурните сензори. Покрај тоа, голем број проблеми со мерењето на температурата кај недостапните објекти кои ротираат со голема брзина не можат да се решат со методот на контакт.
Методот без контакт се заснова на перцепцијата на топлинската енергија што се пренесува преку зрачење и се согледува на одредено растојание од истражуваниот волумен. Овој метод е помалку чувствителен од методот на контакт. Мерењата на температурата се многу зависни од репродукцијата на условите за калибрација за време на работата, а во спротивно се појавуваат значителни грешки. Уредот што се користи за мерење на температурата со претворање на неговите вредности во сигнал или индикација се нарекува термометар (ГОСТ 13417-76),
Според принципот на работа, сите термометри се поделени во следниве групи, кои се користат за различни температурни опсези:
1 Експанзивни термометри од -260 до +700 ° C, врз основа на промената на волуменот на течности или цврсти материи со промена на температурата.
2 Мерач на термометри од -200 до +600 ° C, кои ја мерат температурата според зависноста на притисокот на течност, пареа или гас во затворен волумен од промената на температурата.
3. Термометрите на електричен отпор се стандардни од -270 до +750 ° С, претворајќи ги температурните промени во промени во електричниот отпор на проводниците или полупроводниците.
4. Термоелектрични термометри (или пирометри), стандардни од -50 до +1800 ° C, чија конверзија се заснова на зависноста на вредноста на електромоторната сила од температурата на спој на различни проводници.
Пирометри на зрачење од 500 до 100.000 ° C, врз основа на мерење на температурата со вредноста на интензитетот на зрачната енергија што ја емитува загреаното тело,
Термометри засновани на електрофизички феномени од -272 до +1000 ° C (термоелектрични конвертори со топлинска бучава, волуметриски резонантни термички конвертори, нуклеарна резонанца
1.2 методи за мерење на температурата
За да се одреди температурната вредност на кое било тело, неопходно е да се избере температурен стандард, односно тело кое, под одредени услови, рамнотежа и прилично лесно репродуцирано, би имало одредена температурна вредност. Оваа температурна вредност е референтна точка на соодветната температурна скала - наредена низа на температурни вредности што ви овозможува квантитативно да ја одредите температурата на одредено тело. Температурната скала ви овозможува индиректно да ја одредите температурата на телото со директно мерење на кој било од неговите физички параметри, во зависност од температурата.
Својствата на водата се користат најчесто при добивање температурна скала. Точките на топење на мразот и вода што врие при нормален атмосферски притисок се избрани како референтни точки во модерните (но не мора оригинални) температурни скали предложени од Андерс Целзиус (1701 - 1744), Рене Антоан Фершо Реумур (1683 - 1757), Даниел Габриел Фаренхајт. (1686 - 1736). Последниве ги создадоа првите практично соодветни термометри за алкохол и жива, кои и денес се широко користени. Температурните скали на Реумур и Фаренхајт во моментов се користат во САД, Велика Британија и некои други земји.
Целзиусовата температурна скала, воведена во 1742 година, која го предложи температурниот интервал помеѓу температурите на топење на мразот и вода што врие при нормален притисок (1 atm или 101.325 Pa), поделена на сто еднакви делови (степени Целзиусови), е широко користена денес. иако во рафинирана форма, кога еден степен Целзиусов се смета за еднаков на еден келвин (види подолу). Во овој случај, температурата на топење на мразот се зема еднаква на 0 oC, а точката на вриење на водата станува приближно еднаква на 99,975 oC. Добиените корекции, по правило, не се значајни, бидејќи повеќето од користените алкохол, жива и електронските термометри немаат доволна точност (бидејќи тоа обично не е потребно). Ова овозможува да се игнорираат наведените, многу мали корекции.
По воведувањето на Меѓународниот систем на единици (SI), се препорачуваат за употреба две температурни скали. Првата скала е термодинамичка, која не зависи од својствата на употребената супстанција (работна течност) и се воведува низ циклусот Карно. Оваа температурна скала е детално разгледана во третото поглавје. Забележуваме само дека мерната единица за температура во оваа температурна скала е еден келвин (1 K), една од седумте основни единици во системот SI. Оваа единица е именувана по англискиот физичар Вилијам Томсон (Лорд Келвин) (1824-1907), кој ја развил оваа скала и ја задржал вредноста на мерната единица за температура иста како и во Целзиусовата температурна скала. Втората препорачана скала за температура е меѓународна практика. Оваа скала има 11 референтни точки - температурите на фазните транзиции на голем број чисти супстанции, а вредностите на овие температурни точки постојано се рафинираат. Единицата за мерење на температурата во меѓународната практична скала е исто така 1 К.
Во моментов, главната референтна точка и на термодинамичката скала и на меѓународната практична температурна скала е тројната точка на водата. Оваа точка одговара на строго дефинирани вредности на температура и притисок на кои водата може истовремено да постои во цврста, течна и гасовита состојба. Покрај тоа, ако состојбата на термодинамичкиот систем се определува само со вредностите на температурата и притисокот, тогаш може да има само една тројна точка. Во системот SI, температурата на тројната точка на водата се зема 273,16 K при притисок од 609 Pa.
Покрај специфицирањето на референтните точки, определени со температурен стандард, неопходно е да се избере термодинамичко својство на телото, кое се опишува со физичка количина, промена во која е знак за промена на температурата или термометриски знак. Ова својство треба лесно да се репродуцира, а физичката количина треба лесно да се мери. Мерењето на одредената физичка количина овозможува да се добие збир на температурни точки (и соодветните температурни вредности), средно во однос на референтните точки.
Телото, со помош на мерење на термометриската карактеристика на која се мери температурата, се нарекува термометриско тело.
Термометриските знаци може да бидат промени: волуменот на гасот или течноста, електричниот отпор на телата, разликата во електричниот потенцијал на интерфејсот помеѓу две спроводливи тела итн. RTD или термоспој како сензор.
Со доведување на термометриско тело (сензор за термометар) во состојба на термички контакт со телото чија температура треба да се измери, можно е, врз основа на нултиот принцип на термодинамиката, да се тврди дека по одредено време доволно за да се воспостави термодинамичка рамнотежа , нивните температури ќе станат еднакви. Ова овозможува на телото да му се додели истата температурна вредност како термометарот.
Друг метод за мерење на температурата е имплементиран во пирометри - уреди за мерење на температурата на осветленоста на телата според интензитетот на нивното топлинско зрачење. Во овој случај, се постигнува рамнотежна состојба на термодинамичкиот систем, составена од самиот пирометар и топлинското зрачење што го прима. Овој феномен е разгледан подетално во делот од курсот посветен на квантните својства на рамнотежното топлинско зрачење. Засега само ќе забележиме дека оптичката пирометрија (методи за мерење на температурата без контакт) се користи во металургијата за мерење на температурата на стопените и валани производи, во лабораториски и индустриски процеси каде што е неопходно да се измери температурата на загреаните гасови, како како и во истражувањето на плазмата.
Првиот термометар бил измислен од Галилео Галилеј (1564 - 1642) и бил термометар за гас.
Термометар за гас со постојан волумен се состои од термометриско тело - дел од гас затворен во сад, поврзан со цевка со манометар. Измерената физичка големина (термометриска карактеристика), која обезбедува определување на температурата, е притисокот на гасот при одреден фиксен волумен. Константноста на волуменот се постигнува со тоа што со вертикално движење на левата цевка нивото во десната цевка на манометарот се доведува до истата вредност (референтна ознака) и во овој момент разликата во висините на нивоата на течноста во се мери манометарот. разни корекции (на пример, термичко проширување на стаклени делови од термометар, адсорпција на гас, итн.) Ви овозможува да постигнете точност на мерење на температурата со гасен термометар со постојан волумен еднаков на една илјадити дел од Келвин.
Гасните термометри ја имаат предноста што температурата одредена со нивна помош, при мала густина на гас, не зависи од природата на употребениот гас, а скалата на термометарот за гас добро се совпаѓа со апсолутната температурна скала (подолу ќе се дискутира подетално) . Во второто поглавје, подетално ќе го опишеме идеалниот гасен термометар, кој ја одредува апсолутната температурна скала.
Гасните термометри се користат за калибрирање на други видови термометри, како што се течни термометри. Тие се попогодни во пракса, сепак, скалата на течен термометар, калибриран во однос на гас, се покажува како по правило, нерамна. Ова се должи на фактот дека густината на течностите зависи нелинеарно од нивната температура.
Термометарот за течност е најчесто користениот термометар во секојдневниот живот, врз основа на промената на волуменот на течноста кога нејзината температура се менува. Во термометар од жива стакло, термометриското тело е жива, сместена во стаклен балон со капилар. Термометриската карактеристика е растојанието од менискусот на жива во капиларот до произволна фиксна точка. Живи термометри се користат во температурен опсег од -35 oC до неколку стотици степени Целзиусови. При високи температури (над 300 oC) азот се пумпа во капиларот (притисок до 100 atm или 107 Pa) за да се спречи вриење на живата. Употребата на талиум во течен термометар наместо жива може значително да ја намали долната граница на мерење на температурата на -59 oC.
Други вообичаени термометри за течност се термометри со алкохол (-80 oC до +80 oC) и пентан (-200 oC до +35 oC). Забележете дека водата не може да се користи како термометриско тело во течен термометар: волуменот на вода со зголемување на температурата прво паѓа, а потоа расте, што го оневозможува користењето на волуменот на водата како термометриски индикатор.
Со развојот на мерната технологија, најзгодните технички типови на термометри станаа оние во кои електричниот сигнал е термометриски знак. Тоа се термички отпори (метал и полупроводник) и термопарови.
Кај термометарот за отпорност на метал, мерењето на температурата се заснова на феноменот на зголемување на отпорноста на металот со зголемување на температурата. За повеќето метали блиску до собна температура, оваа зависност е блиску до линеарна, а за чисти метали, релативната промена на нивната отпорност со зголемување на температурата за 1 K (температурен коефициент на отпор) има вредност блиску до 4 * 10-3 1 / К. Термометрискиот знак е електричниот отпор на термометриското тело - метална жица. Најчесто се користи платина жица, како и бакарна жица или нивни различни легури. Опсегот на примена на таквите термометри е од температури на водород (~ 20 К) до стотици степени Целзиусови. При ниски температури кај металните термометри, зависноста на отпорот од температурата станува значително нелинеарна, а термометарот бара внимателна калибрација.
Во полупроводнички отпорен термометар (термистор), мерењето на температурата се заснова на феноменот на намалување на отпорноста на полупроводниците со зголемување на температурата. Бидејќи температурниот коефициент на отпорност на полупроводниците во апсолутна вредност може значително да го надмине соодветниот коефициент на метали, тогаш чувствителноста на таквите термометри може значително да ја надмине чувствителноста на металните термометри.
Специјално направени полупроводнички RTD може да се користат при ниски (хелиум) температури од редот на неколку келвини. Сепак, треба да се има на ум дека дефектите се јавуваат кај конвенционалните полупроводнички отпори поради ефектот на ниските температури. Ова доведува до влошување на репродуктивноста на резултатите од мерењето и бара употреба на специјално избрани полупроводнички материјали во термоотпорите.
Друг принцип на мерење на температурата е имплементиран во термопарови. Термоспој е електрично коло кое е залемено од два различни метални проводници, од кои едниот спој е на измерената температура (мерен спој), а другиот (слободен спој) на позната температура, на пример, на собна температура. Поради температурната разлика на раскрсниците, се јавува електромоторна сила (термо-ЕМФ), чие мерење овозможува да се одреди температурната разлика на спојниците и, следствено, температурата на мерниот спој.
Во таков термометар, термометриското тело е спој на два метали, а термометриската карактеристика е термо-EMF што произлегува во колото. Чувствителноста на термопаровите е од единици до стотици μV / K, а опсегот на измерени температури е од неколку десетици келвин (температура на течен азот) до една и пол илјади степени Целзиусови. За високи температури се користат термопарови од благороден метал. Најшироко користените термопарови се засноваат на лемови од следниве материјали: бакар-константан, железо-константан, хромел-алумел, платина-родиум-платина.
Треба да се напомене дека термоспојот е способен да ја мери само температурната разлика помеѓу мерните и слободните спојки. Слободниот спој обично се наоѓа на собна температура. Затоа, за мерење на температурата со термоспој, неопходно е да се користи дополнителен термометар за одредување на собната температура или систем за компензација за промена на температурата на слободната спојка.
Во радио инженерството често се користи концептот на температура на бучава, еднаква на температурата на која мора да се загрее отпорот, усогласена со влезната импеданса на електронскиот уред, така што моќта на топлинскиот шум на овој уред и отпорникот е еднаква во одреден фреквентен опсег. Можноста за воведување на таков концепт се должи на пропорционалноста на просечната моќност на бучавата (среден квадратен напон на бучавата преку електричниот отпор) со апсолутната температура на отпорот. Ова овозможува напонот на бучавата да се користи како термометриски индикатор за мерење на температурата. Термометрите за бучава се користат за мерење на ниски температури (под неколку келвини), како и во радио астрономијата за мерење на температурата на зрачењето (осветленоста) на вселенските објекти.

ПОГЛАВЈЕ 2. ОПИС НА ПРИНЦИПОТ НА БЕСКОНТАКТЕН МЕТОД НА МЕРЕЊЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА
Термопилите се термопарови во серија кои го користат добро познатиот ефект Seebeck. Термоспојот се состои од два електрично спроводливи материјали, кои се наредени во форма на проводни траки и кои се во контакт еден со друг во една точка (т.н. топла спојка). Доколку поради надворешно влијание има температурна разлика помеѓу допирната точка (топол спој) и двата отворени краја (ладен спој), тогаш на двата краја на термоелементите ќе се појави напон од неколку миливолти.
Во бесконтактниот метод за мерење на температурата, порастот на температурата на жешката точка на спојување е предизвикан од апсорпцијата на инфрацрвеното зрачење што влегува во оваа точка. Секој објект емитира инфрацрвена светлина, а енергијата на оваа светлина се зголемува како што температурата на објектот се зголемува. Врз основа на овој ефект, Thermopile модулите ја мерат зрачената моќност и на тој начин ја одредуваат температурата на објектот со голема прецизност.
2.1 Мерење на луминисцентна температура
мерење на температурата флуоресцентни бесконтактни
Луминисцентните методи за мерење на температурата се засноваат на температурната зависност на интензитетот на луминисцентното зрачење на некои фосфори, што се користи во различни сензори за мерење на температурата и топлинските облоги.
Современите сензори со оптички влакна можат да измерат многу карактеристики на лабораториските и индустриските капацитети, особено температурата. И покрај фактот дека нивната употреба е прилично макотрпна, таа обезбедува голем број на предности, користејќи такви сензори во пракса:
неиндукција (т.е. неосетливост на влијанието на електромагнетната индукција); мала големина на сензори, еластичност, механичка сила, висока отпорност на корозија итн.
1. Сензор базиран на топлинско зрачење. Сензорите со оптички влакна базирани на топлинско зрачење може да се користат како уреди за мерење на температурата, чија суштина е особено откриена на следниов начин. Супстанцијата што се испитува емитира топлинско зрачење на температури над 0 K поради термички вибрации на атомите и молекулите. Енергијата на зрачењето се зголемува како што температурата се зголемува, а брановата должина на која зрачењето е максимално се намалува. Според тоа, за да ја одредите температурата, можете да ја користите формулата Планк за енергијата на топлинското зрачење на црно тело на фиксна бранова должина или во опсегот на бранова должина.
Главната предност на овој метод е можноста за мерење високи температури без контакт. Светлосни детектори и оптички влакна се избираат во зависност од опсегот на измерените температури. Опсегот на мерење на температурата за сензорите за зрачење со оптички влакна е во опсег од 400 до 2000 ° C. Кога се користат оптички влакна проѕирни на инфрацрвени зраци со бранова должина од 2 μm или повеќе, можно е да се измерат уште пониски температури.
2. Сензор базиран на апсорпција на светлина од полупроводник. Познати се и сензорите за оптички влакна чија работа се заснова на оптичките својства на одредени полупроводници. Употребениот полупроводник има гранична бранова должина на оптичкиот спектар на апсорпција. За светлина со пократка бранова должина од спроводникот, апсорпцијата се зголемува и како што температурата се зголемува, брановата должина на прекинот се движи кон подолги бранови должини (околу 3 nm / K). Кога зрак од извор на светлина со спектар на зрачење во близина на наведената граница на спектарот на апсорпција се нанесува на полупроводнички кристал, интензитетот на светлината што минува низ фотосензитивниот дел на сензорот ќе се намалува со зголемување на температурата. Температурата може да се снима со помош на излезниот сигнал на детекторот користејќи го наведениот метод.
Користејќи го овој метод, можете да ја измерите температурата во опсег од 30 до 300 ° С со грешка од ± 0,5 ° С.
3. Сензор базиран на флуоресценција. Овој сензор е структуриран на следниов начин. На крајната страна на оптичкото влакно на фотосензитивниот дел се нанесува флуоресцентна супстанција. Флуоресцентното зрачење генерирано од ултравиолетовите зраци спроведено од оптичко влакно го прима истото влакно. Температурниот сигнал се открива со пресметување на односот на соодветните вредности на интензитет на флуоресценција за сигнал со бранова должина што е силно зависен од температурата до интензитетот на сигнал со различна бранова должина што е слабо зависен од температурата.
Опсегот на температури што се мери со таков сензор е во опсег од -50 до 200 ° C со грешка од ± 0,1 ° C.
Употребата на сензори со оптички влакна, и покрај сета своја привлечност, овозможува температурата да се мери само во локалната точка на објектот, што донекаде го стеснува опсегот на нивната примена.
Заклучок
Температурата е еден од главните параметри што треба да се контролираат со системи за автоматска контрола за металуршките процеси. Во корозивни средини и високи температури, фотоелектричните пирометри се најпогодни за употреба. Тие ви дозволуваат да ја контролирате температурата од 100 до 6000 0C и погоре. Една од главните предности на овие уреди е отсуството на влијание на температурното поле на загреаното тело на мерачот, бидејќи за време на процесот на мерење тие не доаѓаат во директен контакт едни со други. Исто така, фотоелектричните пирометри обезбедуваат континуирано автоматско мерење и регистрација на температурата, што им овозможува да се користат во системи за автоматска контрола на процесите без дополнителни трошоци за купување и одржување на интерфејс уреди.
Преглед на методите за мерење на луминисцентните презентирани во оваа работа
температурата во споредба со контактните методи ги има истите предности како и оптичките методи. Во исто време, тој е помалку комплициран во организирањето на процесот на проучување на температурата и не е помалку точен во споредба со другите оптички методи. Покрај тоа, употребата на својствата на луминисценцијата овозможува да се развијат методи за мерење на температурните полиња на објекти со сложени геометриски форми.
Од горенаведениот преглед, очигледно е дека има потреба од понатамошен развој и подобрување на технологиите за мерење на температурата со помош на луминисцентни методи.

Библиографија
1. Преображенски VP Термички мерења и инструменти. М .: Енергија, 1978 година, - 704 с
2. Чистјаков СФ, Радун ДВ Мерења и инструменти за топлинско инженерство. М .: Високо училиште, 1972 година, - 392
3. Мерења во индустријата: Реф. Ед.
4. Никоненко В.А., Силд Ју А., Иванов И.А. Метролошки системи за поддршка за мерење уреди за термичка слика. - Технологија на мерење
5. Akylbaev Zh. S. Нови оптички методи за проучување на пренос на топлина и маса. Алмати: Gylym, 1995 година.
6. Голема советска енциклопедија, (електронска верзија).
7. Гојаев Н.М. Оптика. Обука Прирачник за универзитети. М .: Повисоко. Училиште, 1977 година.
8. Karitskaya SG Дијагностика на полиња за температура и брзина со луминисцентни методи. Diss. за степенот д-р. н., 1997 година.
9. Landsberg GS Optics. Москва: Наука, 1976 година.
10. Lineweg F. Мерење на температури во технологијата. Директориум. Пер. од него., М .: Металургија, 1980 година.
11. v и други.Сензори за оптички влакна. Пер. од Јапонија. Л .: Енергоктомиздат. Ленинград. Отни, 1991 година.
12. Јаворскиј БМ, Прирачник за физика Детлаф АА. Москва: Наука, 1971 година.

За контрола на загревањето на електричната опрема, се користат четири методи на мерење: метод на термометар, метод на отпор, метод на термоспој и метод на инфрацрвена боја.

Метод на термометар се користи за мерење на температурата на пристапните површини. Тие користат термометри од жива, алкохол и толуенско стакло потопени во специјални чаури, херметички вградени во капаци и куќишта на опремата. Живините термометри имаат поголема прецизност, но не се препорачува нивна употреба во присуство на електромагнетни полиња поради високата грешка што ја внесува дополнителното загревање на живата со вртложни струи.

Доколку е неопходно да се пренесе мерниот сигнал на растојание од неколку метри (на пример, од разменувачот на топлина во капакот на трансформаторот до ниво од 2 ... 3 m од земјата), се користат термометри од манометриски тип, на пример, термалните аларми TCM-10. Уредот се состои од термоцилиндар и шуплива цевка што го поврзува цилиндерот со пружината на индикативниот дел од уредот. Уредот е исполнет со течен метил и неговите пареи. Кога се менува измерената температура, се менува притисокот на пареата на метил хлоридот, што се пренесува на стрелката на уредот. Предноста на манометриските инструменти лежи во нивната вибрациона стабилност.

Метод на отпор врз основа на земање предвид на промената на вредноста на отпорот на металниот спроводник од неговата температура.

За моќни трансформатори и синхрони компензатори, се користат термометри со индикатор од типот на мерач. Општ поглед (а) и дијаграм за поврзување (б) таков термометар се прикажани на сл. 3.1. Во зависност од температурата, течноста што ја полни мерната сонда на уредот делува преку поврзувачката капиларна цевка и системот на лостови на стрелката на покажувачот.

Ориз. 3.1. Далечински електротермометар од типот мерач: а - општа форма; б - дијаграм за поврзување; 1 и 2 - сигнални контакти; 3 - реле

Во таков термометар, стрелките на покажувачот имаат контакти 1 и 2 за сигнализирање на зададената температура. Кога контактите се затворени, соодветното реле се активира 3 во сигналното коло. За мерење на температурата во одделни точки на синхроните компензатори (во жлебовите за мерење на челик, помеѓу шипките на намотките за мерење на температурата на намотките и други точки), се инсталираат термистори. Отпорот на отпорниците зависи од температурата на греењето на мерните места. Термисторите се направени од платина или бакарна жица, нивните отпори се калибрираат на одредени температури (на температура од O ° C за платина, отпорот е 46 Ohm, за бакар - 53 Ohm; на температура од 100 ° C за

платина - 64 оми, за бакар - 75,5 оми, соодветно).

Ориз. 3.2. Коло за мерење на температурата со помош на термистор

Таков термистор R4 е вклучен во кракот на мостот составен од отпорници (сл. 3.2). На едната од дијагоналите на мостот е поврзан извор на енергија, а на другата е поврзан мерниот уред. Отпорниците R1 ... R4 во краците на мостот се избрани на таков начин што на номиналната температура мостот е во рамнотежа и нема струја во колото на уредот. Кога температурата отстапува во која било насока од номиналната, отпорот на термисторот R4 се менува, рамнотежата на мостот е нарушена и стрелката на уредот отстапува, покажувајќи ја температурата на измерената точка. Пренослив уред се заснова на истиот принцип (сл. 3.3). Пред мерењето, покажувачот на уредот мора да биде во нулта положба.

Ориз. 3.3. Електротермометар (преносен) за контрола на загревањето на контактните врски:

а - општа форма; б - шема; 1 - спојка за поврзување со изолациона прачка;

2 - микроамперметар; 3 - отпорник со прилагодлив отпор (R5); 4-

термистор (RT); 5 - контрола; 6 - мерење; P - прекинувач за двајца

одредби; K - копче за напојување на напон на колото

За да го направите ова, копчето K обезбедува струја, прекинувачот P е поставен на позиција 5, а стрелката на уредот е поставена на нула со променлив отпорник R5. Потоа прекинувачот P се преместува во положбата 6 (мерење).

Температурата на контактот се мери со допирање на главата на сензорот до површината за контакт и притискање на шипката на главата на електротермометарот (кога е притиснато, копчето K се затвора и напојувањето се испорачува на колото). По 20 ... 30 секунди, измерената вредност на температурата на контактот се чита од скалата на уредот.

Средство за далечинско мерење на температурата на ликвидацијата и челикот на статорот на генераторите, синхроните компензатори, температурата на воздухот за ладење, водородот се отпорни термометри, во кои се користи и зависноста на вредноста на отпорот на проводникот од температурата . Дизајните на отпорните термометри се различни. Во повеќето случаи, тоа е тенка бакарна жица, бифиларно намотана на рамна изолациона рамка, со влезна отпорност од 53 Ohm на температура од 0 ° C.

Како мерен дел, кој работи заедно со отпорни термометри, се користат автоматски електронски мостови и логометри, опремени со температурна скала.

Табела 3.3 Технички карактеристики на пирометри и термички слики

Марка на уред	Контролиран температурен опсег, ° С	Најголемото растојание на претходно набљудуваниот објект, m	Грешка во мерењето,%	Индикатор за видување		Напон на напојување, V
Термички сликар „Интекс“
Системи за контрола на термичка слика:
Иртис-2000

Табела 3.4

Медиум за ладење и следење на статорот, лежиштата, заптивките на роторот во генераторите TVF и TVV

Елементите	Број на сензори на генератор на турбини
турбински генератор
Статор: ликвидација
активен челик
Гас за ладење:
ладно
загреан
Дестилат во намотување на статорот:
на излезот
Вода во ладилници и разменувачи на топлина:
ладно
загреан
Лежишта и заптивки:
облоги
влезното масло
појдовно масло

Инсталирањето на отпорни термометри во статорот на машината се врши за време на неговото производство во фабриката. Бакарни отпорни термометри се поставуваат помеѓу шипките за намотување и на дното на жлебот.

Метод на термоспој врз основа на употребата на термоелектричниот ефект, односно зависноста на ЕМП во колото од температурата на спојните точки на два различни спроводници, на пример: бакар-константан, хромел-копел итн. Ако измерената температура не надминува 100 ... 120 ° C, а потоа помеѓу thermoEMF и температурната разлика помеѓу загреаните и ладните краеви на термоспојот е пропорционална.

Термопаровите се поврзани со броила од типот на компензација, DC потенциометри и автоматски потенциометри, кои се претходно калибрирани. Термопарови се користат за мерење на температурите на структурните елементи на турбинските генератори, гасот за ладење, активните делови, на пример, активниот челик на статорот.

Инфрацрвен метод е основата на уредите кои работат со помош на фиксација на инфрацрвено зрачење што се емитува од загреаните површини. Тие вклучуваат пирометри кои се користат за мерење на температурите на загреаните тела (Табела 3.3).

Табела 3.4 ги прикажува елементите на турбинските генератори од сериите TVF и TVV и медиумот за ладење, чија температура се мери со наведените средства за термичка контрола.

Покрај температурата на сервисираната опрема, тие го контролираат и притисокот на водородот, вкупната брзина на проток и притисокот на дестилатот во намотката на статорот, брзината на проток и притисокот на водата во ладилниците и разменувачите на топлина, бидејќи температурата на статорот а елементите на роторот директно зависи од параметрите на средствата за ладење.

Збир на техники за користење на принципите и средствата за мерење

рениумот претставува метод на мерење. Различни методи на мерење

се разликуваат пред се во организацијата на споредба на измерената вредност

рангира со единица мерка. Од оваа гледна точка, сите методи на мерење

niy во согласност со ГОСТ 16263-70 се поделени во две групи:

методи за директно оценување и методи за споредба. Методи за споредување

мислењата, пак, го вклучуваат методот на спротивставување,

диференцијален метод, нулти метод, метод и метод на замена

коинциденции.

Со методот на директно оценување вредноста на измерената вредност

маските се одредуваат директно со мерниот уред за читање

инструмент за директно дејство (мерен инструмент, во кој

торусот обезбедува една или повеќе конверзии на сигнали

информации за мерење во една насока, т.е. без повратна информација

комуникација). Сè што покажува (стрелка)

уреди (волтметри, амперметри, ватиметри, броила за електрична енергија

енергија, термометри, тахометри итн.). Треба да се напомене дека

при користење на овој метод на мерење мерката како реална

репродукција на мерната единица, по правило, директно во

не е вклучен во процесот на мерење. Споредба на измерената вредност со

мерна единица се врши индиректно со прелиминарно

калибрирање на мерниот уред со референтни стандарди или

примерни мерни инструменти. 22

Точноста на мерењата со методот на директно оценување во големи

во повеќето случаи е мал и ограничен со точноста на применетите

мерни инструменти.

Метод за споредба на мерки е метод на мерење во кој

измерената вредност се споредува со репродуцираната вредност

мерка. Примери за овој метод: мерење на тежината на рамнотежа со греда со

балансирање со тегови; Мерење на еднонасочен напон

на компензаторот во споредба со ЕМП на нормален елемент.

Метод на споредба со мерка, во која измерената количина и

маската репродуцирана со мерка истовремено влијае на

споредба на бор, со кој се воспоставува врската

помеѓу овие количини се нарекува метод на спротивставување.

Ова е, на пример, мерење на масата на рамнотежа на зрак со негово поставување

и балансирање на тегови на две ваги по познат сооднос

Менување на краците на рачката за рамнотежа. Во овој случај, со висококвалитетни перформанси,

уред за споредба (ниско триење во лежиштата, стабилност на

носење лостови и сл.) може да се постигне висока прецизност

мерења (пример - аналитичка рамнотежа).

Диференцијален метод е метод на споредба со мерка, во која

торус, на мерниот уред влијае разликата на измерените

вредност и позната вредност репродуцирана со мерката. Овој метод

ви овозможува дури и да добивате резултати од мерењето со висока точност

во случај на употреба на релативно неточни мерни инструменти

ров, ако позната вредност се репродуцира со голема точност.

Размислете за следниот пример. Неопходно е да се измери константата

напон, чија вистинска вредност е Ux = 99,0 V.

Експериментот има на располагање комплет волтметри (или

еден повеќеопсег) со мерни граници од 0,01; 0,1; 1 B. Нека

грешка на секој волтметар при мерење на вредност, вредност

што е еднакво на мерната граница, е 1%. Ајде да се преправаме дека

постои и примерна мерка за напон U0 = 1V, грешката

што е занемарливо. Очигледно, правејќи мерења на

Со директна евалуација, експериментаторот користи волт-

метар со мерна граница од 1 V и го добива резултатот од мерењето од

грешка од 1%. Со диференцијалниот метод на мерење, експерименталниот

менторот ги вклучува изворите на измерениот DC напон

Ux и референтниот напон U0 во серија и спротивен и измерен

нивната разлика U0 −Ux = 01,0 V се мери со волтметар со мерна граница

0,01 V. Во овој случај, разликата U0 −Ux ќе се мери со грешка

1%, и, според тоа, вредноста на напонот ќе се одреди со

со грешка од 0,01%. 23

Овој метод е широко користен, особено за верификација

мерни инструменти (на пример, мерни струјни трансформатори и

Напон). Се заснова на работата на многу честа појава во електричниот

тројна мерна технологија на мостови на директни и наизменични струи.

Се постигнува ефектот на зголемување на точноста на резултатите од мерењето

диференцијалниот метод е позначаен

толку е поблиску вредноста на мерката до вистинската вредност на измерената вредност

нас. Во случај кога добиениот ефект од влијанието на количините

уредот за споредба е доведен до нула, диференцијалниот метод на мерење

рениумот се претвора во нула. Очигледно, во методот нулта, на

рениум, употребената мерка мора да биде променлива (прилагодлива) и

уредот за споредба функционира како индикатор за еднаквост на нула

добиениот ефект на мерењето и мерката.

Нулта метода постигнува висока точност на мерењето

и е широко користен, на пример, при мерење на електрична

отпор од страна на мостот со негово целосно балансирање или константа

напон со DC компензатор.

Метод на замена е метод на споредба со мерка, во која

измерената вредност се заменува со позната вредност, репродуцирајќи

мерлива мерка. Ова е, на пример, мерење со наизменично

со ставање на измерената маса и тегови на иста тава. Метод

замената може да се смета како еден вид диференцијал

метод или нулта метода, се карактеризира со тоа што споредбата се менува

Измерената вредност со мерката се произведува во различни времиња.

Метод на случајност е метод за споредба на мерки во кој

разлика помеѓу измерената вредност и репродуктивната вредност

мерка, мерена со користење на совпаѓање на ознаките на вагата или периодични

сигнали. Примери за овој метод се мерењата на должината со

со помош на дебеломер, мерење на брзината

стробоскоп.

Разликите опишани погоре во методите за споредување на измерената вредност

маскирањата со мерка се огледуваат во принципите на градба

мерни инструменти.

Од оваа гледна точка, се прави разлика помеѓу мерните инструменти на директна

дејства и уреди за споредба. Во мерниот уред со директно

дејства се обезбедуваат една или повеќе трансформации на сигналот

информации за мерење во една насока, т.е. без апликација

повратни информации. Така, на пример, на сл. 1.3 ја прикажува структурата на електричниот

тронски волтметар AC и DC, кој содржи

исправувач на струја B, DC засилувач UPT и метар-

ни механизам на МИ. Во овој уред, конверзијата на сигналот е

техничките информации одат само во една насока. 24

Карактеристична карактеристика на уредите со директно дејство е

потрошувачка на енергија од предметот на мерење. Сепак, ова не исклучува

можноста за користење инструменти со директно дејство за мерење,

на пример, електричен отпор или капацитет, но за ова

мора да се користи помошен извор на енергија.

Мерниот инструмент за споредба е наменет за директно

споредба на измерената вредност со вредноста чија вредност

ројот е познат.

Слика 1.4 покажува блок дијаграм на автомат

уред за споредба што содржи уред за споредба САД, уред

контролна CU и променлива (прилагодлива) мерка M со читање

уред.

Доставени се измерената вредност x и хомогената вредност x0

на влезовите на уредот за споредба US. Вредноста x0 се добива од контролата

измери M. Во зависност од резултатот од споредувањето на x со x0, на

контролната единица CU постапува на мерката M на тој начин што

магнитуда

x - x намален. Процесот на балансирање е завршен

е кога x = x

Во овој случај, вредноста на измерената вредност се чита

на скалата на контролираната мерка. Доколку уредот за споредба

се случува одземање на вредностите x и x0, а потоа во овој уред се имплементира

Споредба на измерената вредност со мерката на методот нулта.

Очигледно, секој споредбен мерен инструмент треба

имаат повратна врска и затворена структура. Повратни информации

може да се користи во уреди со директно дејство, сепак, во нив тоа

не секогаш го опфаќа целиот процес на трансформација, туку само дел од него.

На пример, во блок дијаграмот на Сл. 1.3 засилувач со постојана струја

како може да се покрие со повратни информации. Кај мерните инструменти

споредба, физичката количина секогаш се формира во јамката за повратни информации.

маска која е хомогена со измерената, која се внесува во влезот на уредот.

Треба да се напомене дека споредбата на измерената вредност со мерката во

уредите за споредба може да се вршат или истовремено (нула-

метод), или во различни времиња (метод на замена).

Ориз. 1.3. Структурна шема

уред за директно дејство

Ориз. 1.4. Структурна шема

компаратор 25

Така, горенаведената класификација на видови и методи на

мерењата овозможува не само да се систематизираат различни мерења

рениум од сите видови физички количества и со тоа го олеснуваат под-

пристап кон решавање на конкретен мерен проблем, но и од општо

ции да се пристапи кон разгледување на структурите и принципите на работа на различни

мерни инструменти.

Во зависност од видот на контролниот објект, може да има контрола

производи, услуги, системи за квалитет (производство) и персонал. Сè

објектите се следат за усогласеност со барањата на стандардите, утврдени

за суровини, материјали, производи, опрема и алати.

Една од најважните карактеристики на објектите на контрола е нивната

проверливост, т.е. производ дизајн сопственост, обезбедување

можноста, практичноста и сигурноста на неговата контрола при изработка

производство, тестирање, одржување и поправка.

Покрај наведените објекти, на контрола подлежат и елементите.

системи за квалитет и фази на производниот процес. Контрола после

секоја операција на машина, преса, склоп се нарекува оперативна

nym. По изработка на дел, склопување или производ како готов

производите се предмет на контрола на прифаќање: се врши контрола

комплетноста, пакувањето и транспортот и, конечно, контролата

складирање. Кои параметри се предмет на контрола и кои алатки

објектот се следи со јачина или уред за време на оперативната контрола

ле, регулирано со картата на технолошкиот процес во колоната „кон-

трилогична операција“. Контролата на прифаќање се врши според нормативот

техничка документација (NTD), општи спецификации и

соодветните технички спецификации.

Проверка на усогласеноста на карактеристиките, режимите и другите индикатори

елементи на именуваните фази на производство и ја сочинува суштината на

моите операции.

Контролата на предмети или фази од производниот процес може

- испарливи - неговото времетраење не е регулирано;

- периодично - се врши во одреден интервал

време (часови, денови, месеци);

- континуирано - се спроведува континуирано (постојано).

Во зависност од средствата за контрола, контролата се разликува:

- визуелен - кога се прегледува контролниот објект и

се утврдува неговата усогласеност со барањата за NTD (дали сите операции

завршено, присуство на означување, придружна документација); 26

- органолептички - субјективен метод на контрола, спроведување

од страна на експерти-експерти (оценка во поени);

- инструментална - контрола извршена со користење

мерен инструмент, калибри, инструменти, штандови, тест

тел машини итн.

Последниот тип на контрола може да биде рачен, автоматизиран

nym и автоматски. Рачната контрола користи рачна

мерна алатка (верние дебеломер, микрометри, калибри,

спојници, индикатори итн.) за проверка на делови и производи. На

контролата е многу субјективна: дури и со континуирана рачна контрола

пронајдени се само 2 ... 4% од неисправните делови. Автоматизирано

контролата е поврзана со употреба на специјални средства, овозможувајќи

да се исклучи субјективноста при мерењето. Најнапредните

активна е автоматската контрола, т.е. во производството

делови и склопови се вградени во автоматски контроли, со

со чија помош се врши континуирано следење.

Во зависност од обемот на производството, контролата се разликува:

- солидна, во која одлуката за квалитетот на контролирани

производите се прифаќаат врз основа на резултатите од проверката на секоја единица

производи;

- селективен, во кој одлуката за квалитетот се носи според

резултатите од проверката на еден или неколку примероци (во зависност од

од барањата на NTD) од серија или проток на производ.

Според природата на влијанието врз текот на производниот процес

прави разлика помеѓу активна и пасивна контрола. Со активна контрола

(се изведува со уреди вградени во технолошката опрема

рударство) добиените резултати се користат за континуирано

контрола на процесот на производство на производи. Пасивна контрола

само го поправа добиениот резултат и е основа за

сортирање на производи.

Според природата на ударот врз објектот, контролата може да биде деструктивна

лажни, при што производот станува несоодветен за понатаму

неговата намена и не е деструктивна.

Според видот на параметрите што се проверуваат, се разликува контролата на геометријата.

технички параметри (линеарни, аголни димензии, форма и локација

површини, оски, делови, склопови и склопови и сл.), физички

својства (електрични, термички, оптички, итн.), Механички

технички својства (јачина, цврстина, пластичност на различни

надворешни услови), микро- и макроструктури (металографски

истражување), хемиски својства (хемиска анализа на составот на

својства, хемиска отпорност во различни средини), како и посебни

контрола (светло-, гас-непропустливост, затегнатост). 27

Еден од параметрите кои најчесто подлежат на контрола и регулирање за правилен тек на технолошкиот процес е температурата. Температурата е вредност што го карактеризира степенот на загревање на супстанцијата. Овој концепт е поврзан со способноста на тело со повисока температура да ја пренесе својата топлина на тело со пониска температура. Преносот на топлина продолжува се додека температурите на телата не се изедначат и не дојде до термодинамичка рамнотежа на системот. Истовремено со пренос на топлина и промена на температурата на телата се менуваат и нивните физички својства. Мерната единица за температура се нарекува „степен“.

Класификација на инструменти за мерење температура.

Уредите за мерење на температурата се поделени, во зависност од физичките својства на нивната конструкција, во следните групи:

Термометри за проширување;

Мерач на термометри;

Термометри со електричен отпор;

Термоелектрични конвертори (термопарови);

Пирометри за зрачење.

Термометри. Одлучувачки придонес во развојот на дизајнот на термометарот даде Германецот Габриел Даниел Фаренхајт. Во 1709 година го измислил термометарот за алкохол, а во 1714 година живин термометар. Им ја дал истата форма што се користи и денес. Успехот на неговите термометри се наоѓа во новиот метод што тој го воведе за прочистување на живата; покрај тоа, пред да се запечати, ја сварил течноста во тубата.

Рене Антоан де Реумур не ја одобрил употребата на жива во термометрите поради нискиот коефициент на проширување на живата. Во 1730 година предложил употреба на алкохол во термометрите, а во 1731 година измислил термометар за вода-алкохол. И бидејќи Ромур открил дека алкохолот што го користел, измешан во сооднос 5: 1 со вода, се шири во сооднос 1000: 1080 кога температурата се менува од точката на замрзнување до точката на вриење на водата, тој предложил скала од 0. до 80 °.

Температурни скали.

Постојат неколку градуирани температурни скали, а точките на замрзнување и вриење на водата обично се земаат како референтни точки. Сега најраспространета во светот е скалата Целзиусови. Во 1742 година, шведскиот астроном Андерс Целзиус предложил термометар од 100 степени, во кој точката на вриење на водата при нормален атмосферски притисок се зема како 0 степени, а температурата на топењето на мразот е 100 степени. Поделбата на скалата е 1/100 од оваа разлика. Кога почнаа да користат термометри, се покажа дека е попогодно да се заменат 0 и 100 степени. Можеби Карл Линеус бил вклучен во ова (тој предавал медицина и природни науки на истиот универзитет во Упсала, каде што Целзиус е астрономија), кој уште во 1838 година предложил да се земе точката на топење на мразот за 0 температури, но се чини дека не размислувал за втора референтна точка. Досега, скалата на Целзиус е малку променета: 0 ° C сè уште е температурата на топење на мразот при нормален притисок, што не зависи многу од притисокот. Но, точката на вриење на водата при атмосферски притисок сега е 99,975 ° C, што не влијае на точноста на мерењето на речиси сите термометри, освен на оние со посебна прецизност.

Познати се и температурните скали на Фаренхајт, Келвин, Ромур итн. амонијак, 96 ° - до температурата на телото на здрава личност ( под раката или устата). Референтната температура за споредба на различни термометри беше земена на 32 ° за точката на топење на мразот. Фаренхајтската скала е широко користена во земјите од англиското говорно подрачје, но речиси никогаш не се користи во научната литература. За да се претвори температурата од Целзиусови (° C) во Фаренхајтови (° F), постои формулата ° F = (9/5) ° C + 32, а за обратен превод, формулата е ° C = (5/9 ) (° F- 32). Двете скали - и Фаренхајт и Целзиусови - се многу незгодни кога се спроведуваат експерименти во услови кога температурата паѓа под точката на замрзнување на водата и се изразува како негативен број. За вакви случаи беа воведени апсолутни температурни скали кои се засноваат на екстраполација на таканаречената апсолутна нула - точката во која треба да престане молекуларното движење. Еден од нив се нарекува Ранкинова скала, а другиот се нарекува апсолутна термодинамичка скала; нивните температури се мерат во степени Ранкин (° Ra) и келвин (К). Двете скали започнуваат на апсолутна нула, а точката на замрзнување на водата одговара на 491,7 ° R и 273,16 K. Бројот на степени и келвин помеѓу точките на замрзнување и вриење на водата на Целзиусова скала и апсолутната термодинамичка скала е ист на 100 ; за Фаренхајт и Ранкин исто така е исто, но еднакво на 180. Целзиусовите степени се претвораат во Келвини со помош на формулата K = ° C + 273,16, а Фаренхајтовите степени - во Ранкинови степени користејќи ја формулата ° R = ° F + 459,7. во Европа, скалата на Ромур, воведена во 1730 година од Рене Антоан де Ромур, била широко распространета долго време. Не е изграден на произволен начин, како Фаренхајтската скала, туку во согласност со термичката експанзија на алкохолот (во сооднос 1000: 1080). 1 степен Reaumur е еднаков на 1/80 од температурниот интервал помеѓу точките на топење мраз (0 ° R) и вриење на водата (80 ° R), т.е. 1 ° R = 1,25 ° C, 1 ° C = 0,8 ° R ., Но сега е надвор од употреба.

По воведувањето на Меѓународниот систем на единици (SI), се препорачуваат за употреба две температурни скали.

Првата скала е термодинамичка, која не зависи од својствата на употребената супстанција (работна течност) и се воведува низ циклусот Карно. Мерната единица за температура во оваа температурна скала е еден келвин (1K) - една од основните единици во системот SI. Оваа единица е именувана по англискиот физичар Вилијам Томсон (Лорд Келвин), кој ја развил оваа скала и ја задржал вредноста на единицата мерка за температура иста како и во Целзиусовата температурна скала.

Втората препорачана скала за температура е меѓународна практика. Оваа скала има 11 референтни точки - температурите на фазните транзиции на голем број чисти супстанции, а вредностите на овие температурни точки постојано се рафинираат. Единицата за мерење на температурата во меѓународната практична скала е исто така 1K.

Во моментов, главната референтна точка и на термодинамичката скала и на меѓународната практична температурна скала е тројната точка на водата. Оваа точка одговара на строго дефинирани вредности на температура и притисок на кои водата може истовремено да постои во цврста, течна и гасовита состојба. Покрај тоа, ако состојбата на термодинамичкиот систем се определува само со вредностите на температурата и притисокот, тогаш може да има само една тројна точка. Во системот SI, температурата на тројната точка на водата се зема 273,16 K при притисок од 609 Pa.

Покрај специфицирањето на референтните точки, определени со температурен стандард, неопходно е да се избере термодинамичко својство на телото, кое се опишува со физичка количина, промена во која е знак за промена на температурата или термометриски знак. Ова својство треба лесно да се репродуцира, а физичката количина треба лесно да се мери. Мерењето на одредената физичка количина овозможува да се добие збир на температурни точки (и соодветните температурни вредности), средно во однос на референтните точки.

Табела 4.1.

Однос на температурна скала од Фаренхајт до Целзиус

Да ги разгледаме подетално средствата за мерење на температурата.

Термометри за проширување.

Дизајниран за промена на температурите во опсег од -190 до +500 степени Целзиусови. Принципот на работа на експанзионите термометри се заснова на својството на телата под влијание на температурата да го менуваат волуменот и, следствено, линеарните димензии. Термометрите за проширување се поделени на течно стакло и механички (дилатометриски и биметални).

Како термометриска течност во термометри од течно стакло, се користат жива, етил алкохол, керозин, толуен, пентан.

Механички термометри.

Принципот на работа на дилатометриските термометри се заснова на трансформација на температурните промени во разлика помеѓу издолжувањата на две цврсти материи, поради разликата во нивните температурни коефициенти на линеарно ширење. Опсегот на мерење на температурата е од -30 до + 1000 ° C.

Принципот на работа на биметалличен термометар се заснова на употреба на два метали во неговиот чувствителен елемент со различни температурни коефициенти на линеарно проширување. Металните плочи се цврсто поврзани една со друга, главно со заварување, и формираат биметалличен пружина, која при загревање го проширува и затвора контактот или ја ротира иглата на термометарот.

Приближен дијаграм на биметалличен електричен контролер што се користи во комори за ладење е како што следува:

На оваа слика, сивиот метал се шири повеќе од синиот. Како што се зголемува температурата, ова проширување предизвикува плочата да се наведнува нагоре, во контакт со контактот, со цел струјата да тече низ плочата и да го вклучи компресорот. Со прилагодување на големината на јазот помеѓу плочата и контактот, можете да ја контролирате температурата во комората.

Биметалличните термометри можат да бидат од различни типови. Во најчестиот дизајн, долга, намотана биметална лента е фиксирана во центарот. Другиот (надворешниот) крај на спиралата се движи по скалата означена во степени. Таквиот термометар, за разлика од термометарот за течност (на пример, жива), е целосно нечувствителен на промени во надворешниот притисок и е механички поиздржлив. Опсегот на мерење на температурата е од -100 до + 600 ° C.

Мерач термометри се дизајнирани за мерење на температури во опсег од -160 до +600 степени Целзиусови.

Принципот на работа на манометриските термометри се заснова на промена на притисокот на течност, гас или пареа сместени во затворен волумен, кога овие супстанции се загреваат или ладат;

Скалата на манометарот се калибрира директно во температурни единици. Манометрискиот термометар се состои од термометар, флексибилен капилар и самиот манометар. Во зависност од супстанцијата за полнење, манометриските термометри се поделени на гас (TGP термометар, TDG термометар итн.), Пареа-течност (TKP, TPP термометар) и течност (TPZh термометар, TJ термометар итн.). Опсегот на мерење на температурата со манометриски термометри се движи од -60 до + 600 ° С. Термоцилиндарот на манометрискиот термометар се става во измерената средина. Кога сијалицата се загрева, притисокот се зголемува внатре во затворениот волумен, кој се мери со манометар. Манометарската скала е градена во температурни единици. Капиларот обично е месинг цевка со внатрешен дијаметар од дел од милиметар. Ова овозможува да се отстрани манометарот од местото каде што е поставена сијалицата на растојание до 40 m Капиларот е заштитен по целата должина со обвивка направена од челична лента. Мерач термометри може да се користат во опасни области. Доколку е неопходно да се пренесат резултатите од мерењето на растојание од повеќе од 40 m, манометриските термометри се опремени со средни конвертори со унифициран излез пневматски или електрични сигнали, зборуваме за таканаречените далечински термометри.

Недостаток. Најранливи во дизајнот на манометриските термометри се местата каде што капиларот е поврзан со термоцилиндарот и манометарот.

Термометрите со електрична отпорност се користат за мерење на температури во опсег од -200 до +650 степени Целзиусови. Термометар отпорен на RTD е термометар, обично во метална или керамичка кутија, чијшто сензорен елемент е отпорник направен од метална жица или филм и има позната зависност на електричниот отпор од температурата. Најпопуларниот тип на термометар е термометарот за отпорност на платина, поради високиот температурен коефициент на платина, неговата стабилност на оксидација и добрата изработка. Како работни мерни инструменти се користат и бакарни и никелски термометри. Принципот на работа на отпорните термометри се заснова на својството на проводниците да го менуваат електричниот отпор во зависност од температурата.

Термоелектричните конвертори (термопарови) се користат за мерење на температури од 0 до +1800 степени Целзиусови. Термоспојот е најстариот и сè уште најкористен температурен сензор во индустријата. Дејството на термоспој се заснова на ефект кој првпат бил откриен и опишан од Томас Сибек во 1822 година. Најправилната дефиниција за овој ефект е следнава: разлика во потенцијалот ќе се појави ако хомоген материјал со мобилни полнежи има различна температура при секој мерен контакт. (Ако хомоген материјал со слободни полнења има различни температури на мерните контакти, тогаш се јавува потенцијална разлика помеѓу контактите). За нас е попозната малку поинаква дефиниција за ефектот Seebeck, обично претставена во литературата - појавата на струја во затворено коло од два различни проводници во присуство на температурен градиент помеѓу крстосниците. Втората дефиниција очигледно произлегува од првата и дава објаснување на принципот на работа и уредот на термоспојот. Сепак, тоа е првата дефиниција која го дава клучот за разбирање на ефектот од појавата на TEMF не на раскрсницата, туку по целата должина на термоелектродата, што е многу важно за разбирање на ограничувањата на прецизноста наметнати од самата природа на термоелектричната енергија. Бидејќи TEMF се генерира по должината на термоспојот, отчитувањата на термоспојот зависат од состојбата на термоелектродите во зоната на максималниот температурен градиент. Затоа, верификацијата на термопаровите треба да се изврши на иста длабочина на потопување во медиумот како и во работниот објект. Разгледувањето на термоелектричната нехомогеност е особено важно за работните термопарови направени од основни метали.

Предности:

Широк работен температурен опсег, таа е достапна сонда со највисока температура.

Спојот на термоспојот може директно да се заземји или да се доведе во директен контакт со измерениот предмет.

Леснотија на производство, сигурност и структурна сила.

Недостатоци:

Потребата да се контролира температурата на ладните крстосници. Во модерните дизајни на броила базирани на термопарови, температурата на блокот за ладно спојување се мери со помош на вграден термистор или полупроводнички сензор и автоматска корекција на измерениот TEMF.

Појавата на термоелектрична нехомогеност кај проводниците и, како последица на тоа, промена на карактеристиката за калибрација поради промена на составот на легурата како резултат на корозија и други хемиски процеси.

Материјалот на електродите не е хемиски инертен и, ако куќиштето на термоспојот е недоволно запечатено, може да биде под влијание на агресивни медиуми, атмосфера итн.

Долгите термоспојки и продолжните кабли може да создадат ефект на „антена“ за постојните електромагнетни полиња.

Температурната зависност на термоенергијата во суштина е нелинеарна. Ова создава тешкотии во дизајнот на секундарните конвертори на сигнали.

Кога се наметнуваат строги барања за времето на термичка инерција на термоспој и сервисниот спој мора да биде заземјен, конверторот на сигналот мора да биде електрично изолиран за да се елиминира ризикот од истекување на земјата.

Принципот на работа на термопаровите се заснова на својството на различни метали и легури да формираат термо-електромоторна сила во спојот, што зависи од температурата на спојницата.

Пирометрите за зрачење се користат за мерење на температури во опсег од +100 до 2500 степени Целзиусови. Пирометрите за зрачење работат на принципот на мерење на енергијата што ја емитуваат загреаните тела, која се менува во зависност од температурата на овие тела. чиј принцип на работа се заснова на мерење на вкупната енергија или составот на зрачењето на загреаното тело. Во зависност од методот на мерење, се прави разлика помеѓу:

Радијација,

оптички,

Фотоволтаични и

· Пирометри во боја.

Пирометри за зрачење. Овие пирометри ја мерат вкупната (светлина и топлинска) енергија на зрачење на телото со помош на телескоп и секундарен инструмент. Телескопот на пирометарот на зрачење служи како бесконтактен температурен сензор и се состои од оптички систем, во чиј фокус се работните спојки на термопилот, т.е. неколку термопарови поврзани во серија. Термопилот ја претвора енергијата што се емитува од површината на загреаното тело во термоенергија, која се мери со секундарен уред. Доколку во секундарниот уред има уред за регулирање, пирометарот на зрачење овозможува автоматско регулирање на температурата во објектот (печка, бања).

Оптички пирометри. Овие пирометри, наречени и пирометри на осветленост, се користат за периодично следење на температурата во печките и бањите. Со нивна помош, температурата се мери со монохроматската осветленост (интензитет на зрачење) на телото во видливиот регион на спектарот со споредување со осветленоста на влакното на стандардна пирометриска светилка. Со менување на струјата на влакното, неговата осветленост се доведува до осветленоста на измереното тело, додека влакното исчезнува наспроти неговата позадина, бидејќи телото и филаментот имаат иста температура.

Фотоелектрични пирометри. Фотоелектричните пирометри се користат за мерење на температурата на загреаните цврсти материи во опсег од 600 до 2000 ° C. Тие особено успешно се користат за мерење на температурата на процесите кои брзо се движат.

Принципот на работа на фотоелектричниот пирометар се заснова на својството на фотоелектричните ќелии да генерираат фотоелектрична струја пропорционална на интензитетот на прозрачниот флукс што се доставува до фотоќелијата од емитер. Бидејќи интензитетот на прозрачниот флукс, пак, е пропорционален на измерената температура на емитерот, температурата на загреаните тела може да се мери со помош на фотоелементи.

Примарниот сензор во пирометарот е главата за видување, во која се наоѓа фотоелементот 9.

Главата е поставена така што прозрачниот флукс од емитерот 3, чија температура се мери, се насочува преку објективната леќа 4 кон фотоелементот. На патеката на прозрачниот флукс, пред фотоќелијата, се инсталирани касета 7 и црвен филтер 8, кои пренесуваат само зраци со одредена бранова должина. Касетата има две дупки: низ едната се пренесува светлосниот флукс од емитер, а преку другата - од блескаво светилка 2.

Пред касетата има електромагнетен вибратор 6, кој со помош на затворач, наизменично, со фреквенција на струјата што ја снабдува од 50 Hz, ги отвора отворите на касетата, како резултат на што светлосните текови наизменично паѓаат на фотоелементот од изворот, потоа од ламбата со вжарено.

Светлосниот флукс од светилка со блескаво е референца, во зависност од големината само на струјата што тече низ нејзиното влакно. Светлосниот флукс од емитерот се споредува со светлиот флукс од ламбата со вжарено. Како резултат на ова, наизменичен напон се доставува до електронскиот засилувач 11, чија вредност зависи од разликата во прозрачниот флукс на ламбата со блескаво и емитер.

Овој напон се засилува прво во засилувачот кој се наоѓа во главата за видување, а потоа во енергетската единица 14.

Излезната фаза на единицата е натоварена со блескаво светилка низ која тече константна струја, што се зголемува ако прозрачниот флукс на светилката е помал од прозрачниот тек на емитерот и обратно.

Така, системот континуирано ја зголемува вредноста на струјата што тече низ светилката до вредност што обезбедува еднаквост на светлосниот емитер и флуксот на блескаво светилка.

Со мерење на струјата на ламбата со вжарено, може да се одреди температурата на емитер. Струјата се мери со електронски потенциометар 12 со голема брзина, поврзан со шантот во колото на светилката, правилното насочување на главата на емитерот се врши со помош на окуларот 10 и рефлекторот 5. Уредот има изолациски трансформатор 13, а стабилизатор на напон 15, стеги 16 за напојување од електричната мрежа.

Пирометарот опишан овде може да се инсталира на растојание од 1 m или повеќе од емитерот. Најмалиот дозволен дијаметар на радијаторот секогаш треба да биде нешто повеќе од 1/20 од ова растојание. Пирометрите од овој тип, но со посебни цели, може да се користат за мерење на температури и помали предмети од пирометрите со стандарден индекс на видување.

Пирометри во боја. Овие пирометри ја мерат температурата со односот на интензитетите на монохроматското зрачење од телото за два опсега на бранови должини на црвено и сино-зелени делови од видливиот дел од спектарот. Овој сооднос ја карактеризира таканаречената температура на бојата, што се совпаѓа со вистинската за апсолутно црни и сиви тела. Во домашните пирометри во боја, се користи методот на сооднос црвено-сини. За да се измери и еднобојната осветленост, се користи еден детектор на зрачење (фотоќелија или фотоотпорник) со заеднички канал за засилување на измерените сигнали.

Предноста на методот на пирометрија на бои во однос на другите бесконтактни оптички методи за мерење на температурата е тоа што не е неопходно да се има црно тело како предмет на мерење. Дополнително, исклучено е влијанието на зрачењето, промените во релјефот на површината, растојанието од пирометарот, неселективни апсорбери на зрачна енергија лоцирани помеѓу предметот на мерење и пирометарот (решетки, очила, дијафрагми, призми итн.).

Типични примери на пирометри во боја се CEP - 3M и CEP - 4.

Комплетот на уредот се состои од три блока: сензор, електронски блок, кој вклучува коло за засилување и одлучување, уред за покажување или снимање.

Принципот на работа на уредот се заснова на автоматско мерење на логаритамот на односот на спектралната осветленост во црвените и сините делови од спектарот. Компјутерскиот уред автоматски го извршува логаритмот на односот на осветленоста. Логаритмот на спектралниот сооднос на осветленоста е пропорционален на реципроцитет на температурата на бојата.

Измереното зрачење навлегува во фотоелементот преку оптичкиот систем на уредот и преку обтуратор што се ротира со синхрон мотор. Обтураторот е направен во форма на диск со дупки покриени со црвени и сини светлосни филтри на таков начин што кога дискот се ротира, светлоста на црвената или сината енергија наизменично паѓа на фотоќелијата. Импулсите на фотоструја пропорционални на црвената и сината спектрална енергетска осветленост се засилуваат и се внесуваат до влезот на мерниот систем. Фотоелементот е термостиран. Сите овие уреди се монтирани во главата на уредот. Засилената струја се доставува до мерната единица, во која по соодветни трансформации сигналот влегува во електронски логаритамски систем, што овозможува добивање на линеарна скала.

Главата на сензорот содржи и уреди за рачно и автоматско прилагодување на нивото на енергетската осветленост, индикатори и контроли. За да се отстрани прашината и чадот од видното поле при мерење на температурата на отворените предмети, компримиран воздух се доставува до аспираторот што се носи на цевката на објективот. Опсегот на мерење на температурата е 1400-2800 ° C. Уредот има од 3 до 5 подопсези со интервал од 200-400 ° C. Читањата на уредот се претвораат во степени Целзиусови со помош на графикон за калибрација за овој подопсег. Уредот е калибриран со помош на референтни температурни светилки. Ограничувачката грешка при мерењето на температурата на бојата од 2000 ° C е ± 30 ° C.

Во методот на бихроматска пирометрија на бојата, сигналот за регулација се одредува со разликата помеѓу две спектрални зрачења.

Овој метод за контрола на температурата на бојата ја елиминира потребата од кое било коло или коефициент за мерење на односот на осветленоста. Овој принцип го користи пирометарот RED-1, кој има една фотоелемент и ги одвојува сигналите пропорционални на соодветното спектрално зрачење во времето користејќи ротирачки диск со светлосни филтри.

Инструменти за мерење на температурата

ВОВЕД

Во моментов, во рамките на континуирано развојно постиндустриско општество, кое бара воведување на најновите технологии, особено се бараат специјалисти од областа на стандардизација, сертификација и управување со квалитетот. Ова се должи на фактот дека специјалистите од овој профил имаат познавање на методите и средствата за одредување на карактеристиките на производите, добро се запознаени со методите на инструментална контрола како главни средства за ефикасно потврдување на усогласеноста на објектот со барањата.

Во моментов има потреба од мерење на топлинските количини во сите производни области. Дополнително, главните параметри за контролирање на индикаторите за квалитет на производството често зависат од температурата и можат да се изразат како функција на температурните полиња, и затоа мерењето на температурата во овие случаи е неопходен контролен услов.

Температурата е физичка количина што го карактеризира степенот на загревање на телото. Речиси сите технолошки процеси и различни својства на супстанцијата зависат од температурата.

За разлика од физичките величини како маса, должина итн., температурата не е екстензивна (параметриска), туку интензивна (активна) количина. Ако хомогеното тело е поделено на половина, тогаш неговата маса исто така се дели на половина. Температурата, како интензивна количина, не поседува такво својство на адитивност, односно за систем во топлинска рамнотежа, кој било дел од системот ја има истата температура. Затоа, не е можно да се создаде температурен стандард, исто како што се создаваат стандардите за големи количини.

1. ТЕМПЕРАТУРА И ТЕМПЕРАТУРНИ скали

Концептот на температура произлезе од чувствата на една личност, до кој степен околните тела се загреваат или, обратно, се ладат. Само како резултат на барањата на науката и технологијата за квантитативно определување на температурата беше формулиран појасен концепт за температура. Според дефиницијата на Максвел, температурата на телото е неговата топлинска состојба, разгледувана од гледна точка на неговата способност да пренесува топлина на други тела. Од друга страна, температурата може да се дефинира како степен до кој телото се загрева. Првите уреди за мерење на температурата, кои се појавија во 16 век, овозможија да се разликува температурата како посебна физичка големина, чија вредност беше одредена од температурната зависност на кое било својство на телото, односно според скалата. на овој имот. Така настана областа на мерење на температурата, која подоцна беше наречена термометрија.

Термометрија- дел од техничката физика, кој ги проучува методите и средствата за мерење на температурата, теоретските основи на методите за конструирање термодинамички и практични температурни скали и стандарди и примерни инструменти за мерење на температурата создадени врз основа на тоа.

Температура- физичка величина која квантитативно ја карактеризира мерката на просечната кинетичка енергија на топлинското движење на молекулите на кое било тело или супстанција. Ако две тела се доведат во контакт на различни температури, тогаш потопло тело (со повисока температура) ќе се олади, а помалку загреано ќе се загрее. Процесот на пренос на топлина и промените на температурите на телата ќе продолжат додека нивните температури не станат еднакви, односно додека не дојде до термичка или термодинамичка рамнотежа.

Температурните зависности на физичките својства на супстанциите може да се користат како основа за методите за мерење на температурата и за изградба на температурна скала.

Температурна скалаПретставува серија последователни температурни вредности формирани во согласност со избраниот закон што ја одредува врската помеѓу термометрискиот параметар (својство) и температурата.

За да се изгради температурна скала, се избираат две главни точки т 1 и т 2, на кои им се доделуваат произволни температурни вредности. Интервалот помеѓу овие точки ( т 2 – т 1) се нарекува главен опсег на температурната скала. Поделувајќи го главниот интервал со Неднакви делови, поставете ја цената на поделбата на скалата, со други зборови, големината на единицата за температура.

Преземање на линеарна врска помеѓу температурата ти физичко (термометриско) својство Е, можете да ја најдете равенката на скалата:

DIV_ADBLOCK25 ">

Ранкин скала- температурна скала со почеток на апсолутна нула, а големината на единицата температура - Ранкиновиот степен (° Rn) е еднаква на големината на температурната единица Фаренхајт (° F): l ° Rn = l ° F.

Односот помеѓу температурите Т Rn и т F следново: т F = Т 459,67 Rn.

Реумурска скала(1736) се базира на живин термометар со две референтни точки: точка на топење на мраз (0 ° R) и точка на вриење на вода (80 ° R). Интервалот помеѓу овие точки е 80 еднакви температурни делови, а големината на единицата за температура - степенот на Reaumur е еднаков на 1/80 од наведениот интервал.

Целзиусови(1742) се заснова на живин термометар со две референтни точки: точката на топење на мразот (0 °C) и точката на вриење на водата (100 °C), чиј интервал е 100 еднакви температурни делови и големината на единицата за температура - степени Целзиусови е 1 / 100 делови од наведениот интервал.

2. МЕТОДИ НА МЕРЕЊЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА

Според Меѓународната скала на пракса од 1968 година, основната температура е термодинамичка температура, чија единица е Келвин (К). Во пракса често се користи целзиусова температура. Постои следнава врска помеѓу Целзиусовата температура и термодинамичката температура: t, C = T, K - 273,15.

Според методот на мерење на температурата, методите можат да се поделат на контактни и бесконтактни.

Контактните методи за мерење се поедноставни и попрецизни од бесконтактните методи. Но, за мерење на температурата, потребен е директен контакт со измерениот медиум и телото. И како резултат на ова, од една страна, може да има нарушување на температурата на медиумот на местото на мерење и, од друга, несовпаѓање помеѓу температурата на чувствителниот елемент и измерениот медиум.

За имплементација на методи за мерење на контакт, се користат експанзивни термометри (стаклени, течности, мерачи, биметални и дилатометриски), отпорни термопарови (проводници и полупроводници) и термоелектрични конвертори.

Сериски произведените термометри и термички конвертори покриваат температурен опсег од - 260 до 2200 ºС и за кратко време 2500 ºС.

Безконтактните методи на мерење немаат ефект врз температурата на медиумот и телото. Но, од друга страна, тие се покомплицирани и нивните методолошки грешки се многу поголеми од контактните методи.

Мерењата на температурата без контакт се вршат со пирометри (квази-монохроматски, спектрален сооднос и вкупно зрачење), термички слики.

Инструментите за мерење на температурата без контакт се произведуваат сериски за температурен опсег од 01.01.01ºС.

3. КОНТАКТ НА МЕРЕЊЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА

Термометрите се користат за мерење на температурата со контакт метод.

Термометри за мерење на температурата со методот на контакт: експанзионни термометри кои користат принцип на термичко ширење на течност (течност) или цврста (дилатометриска и биметална); манометриски термометри кои користат врска помеѓу температурата и притисокот на гас или течна пареа во затворен термички систем; термоконвертори (термометри) на отпор, користејќи промени во електричната отпорност на металите од температурата; термоелектрични термометри (термопарови), користејќи ја врската помеѓу термо-EMF развиен од термоспој (топол спој) од два различни проводници и температурната разлика помеѓу спојот и слободните краеви на термоспојот.

Техничките течни термометри се состојат од резервоар со термометриска течност и капиларна цевка поврзана со него. Скала во ° C се наоѓа зад капиларот. Телото на уредот е направено од стакло. Кога температурата се менува, волуменот на течноста во уредот се менува, како резултат на што течната колона во капиларот се зголемува или паѓа пропорционално на промената на температурата.

Како термометриска течност во експанзионите термометри, се користи следново:

Жива кога температурата се менува од -30 ° C до + 600 ° C;

Алкохол кога температурата се менува од -80 ° C до + 80 ° C;

Толуен кога температурата се менува од -80 ° C до + 100 ° C;

Керозин кога температурата се менува од 0 ° C до + 300 ° C или други органски течности.

Ориз. 1. Поставување на технички течен термометар: 1 - заштитна чаура; 2 - филер; 3 - термометар

За олеснување на инсталацијата, термометрите се направени директно и под агол (под агол од 90 °, 120 ° и 135 °). За да се инсталираат стаклени термометри и да се заштитат од оштетување, се користат метални рамки. Во метална рамка, инертноста на термометарот се зголемува. За да се намали времето на задоцнување, јазот помеѓу заштитната рамка и стеблото се полни со техничко масло (на мерна температура до 150 ° C), бакарна струготини (на температура над 150 ° C до 650 ° C). Принципот на работа на дилатометриските термометри се заснова на претворање на измерената температура во разлика помеѓу апсолутните вредности на издолжувањата на две прачки направени од материјали со различни топлински коефициенти на линеарно проширување. Тие се користат во уреди за аларм и контрола на температурата. Работата на биметалличните термометри се заснова на деформација на биметалличната лента при промена на температурата. Биметалличната лента е свиткана во форма на рамна или спирална спирала, чиј крај е фиксиран неподвижен, а другиот - на оската на стрелката. Аголот на ротација на стрелката е еднаков на аголот на извртување на спиралата, што е пропорционално на промената на температурата. Класа на точност на инструментот 1%, 1,5%.

Мерач на термометри

Принципот на работа на манометриските термометри се заснова на зависноста на притисокот на работната супстанција во затворен волумен од температурата. Во согласност со состојбата на агрегација на работната супстанција во топлинскиот систем, манометриските термометри се поделени на гасни, течности и термометри за кондензација (пареа-течност).

Тие можат да се користат за мерење на температури во опсег од -150 до + 6000C. Мерниот опсег се одредува според својствата на работниот медиум. Термометрите со специјално полнење може да се користат во опсег од 100 ... 10000C.

Ориз. 2 Дијаграм на манометриски термометар

Термичкиот систем на манометрискиот термометар (слика 2) се состои од топлинска сијалица 1, капиларна 2, рамна тубуларна пружина 3. Термичкиот систем е исполнет со работна супстанција во наведениот затворен систем. Сијалицата се става во околината, чија температура треба да се мери. Кога се загрева, работната супстанција се шири и, бидејќи системот е затворен, притисокот во него се зголемува. Како резултат на тоа, рамната пружина има тенденција да го прифати кружниот профил и се исправа, а слободниот крај се движи. Движењето низ шипката 5 се пренесува до забиниот сектор 6, кој е во зафаќање со забиното тркало 7. Покажувачката стрелка 8 е монтирана на оската на тркалото, која заедно со скалата 9 го формираат уредот за читање на уредот.

За да се создаде спротивен момент, обезбеден е 10, чиј крај е фиксиран на запчаник, а другиот на рамката на уредот. Влијанието на температурата на околината врз отчитувањата на уредот се компензира со биметален или инвар компензатор 4.

Термички балон- цилиндар изработен од месинг или специјални челици отпорни на агресивни медиуми. Дијаметарот на сијалицата е 5 ... 30 mm, должината е 60 ... 500 mm.

Капиларна- бакарна или челична цевка со внатрешен дијаметар од 0,1 ... 0,5 mm. Должината на капиларот, во зависност од оперативните барања, се движи од неколку сантиметри до 60 m Бакарните капилари имаат челична пружинска заштитна обвивка која ги штити од механички оштетувања при монтажа и работа.

Пирометрите и термичките снимки имаат, сензорите за температура преку контакт, и голем број предности и некои недостатоци - зависноста на отчитувањата од растојанието до измерениот објект, од рефлектирачките својства на измерената површина, од зрачењето на областите на измерената објект кој директно не влегува во видното поле на пирометарот. За да изберете метод на мерење, треба да ги оцените сите добрите и лошите страни.

Денес има голем избор на преносливи рачни и стационарни пирометри за различни апликации, како и достапни термални слики.

Преносливите пирометри ја мерат температурата во опсег од -30 ° C до 3000 ° C со грешка до 0,75% од измерената вредност, можат да складираат до 100 температурни вредности, да пренесуваат мерни податоци преку дигитален излез на персонален компјутер.

Стационарни пирометри мерат температури од -40 ° C до 3000 ° C со грешка до 0,3% од измерената вредност, имаат оптичка резолуција до 300: 1, време на одговор до 1 ms, а излезните сигнали се J / K / E / N термопарови / T / R / S, 0-5 V, 4-20 mA, интерфејси RS-485 или RS-232, механичко реле.

Термичкиот апарат ги има следните технички карактеристики:

Неизладена микроболометриска низа 160 x 120 ќелии;

Опсегот на измерени температури е од 0 ° C до 250 ° C;

Спектрален опсег 7-14 микрони;

LCD дисплеј со три нивоа на осветленост на сликата за различни работни услови;

Оптичка резолуција 90: 1, минимално растојание до предметот на мерење 60 cm;

Ласерски нишан - индикатор за центарот на областа за снимање;

Меморија за до 100 слики и податоци;

Време на континуирана работа без полнење - 5 часа;

Комуникација со персонален компјутер преку USB порта.

Сите овие инструменти се специјално дизајнирани и калибрирани за да одговорат на предизвиците на индустриското мерење на температурата. Во моментов, бесконтактниот метод за мерење на температурата е широко баран во електроенергетската индустрија. Се користи за дијагностика на електрична опрема под напон, за одржување на енергетска опрема. Со помош на пирометри и термички слики, можете брзо и безбедно да ја следите температурата на електричните мотори, куќиштата на трансформаторите, куќиштата на собирниците, опремата на електричната трафостаница, да откриете суви делови од високонапонските кабелски линии и да ја контролирате температурата на електричните изолатори. Во домувањето и комуналните услуги, користејќи пирометри и термички слики, тие ја контролираат температурата на цевките за довод и довод на воздух, ја мерат температурата на грејната мрежа, ги одредуваат местата на истекување на топлина и го проверуваат покривот. Безконтактниот метод за мерење на температурата овозможува да се намали времето на мерења и да се заштити персоналот, да се продолжи работниот век на мерниот инструмент и да се прошири опсегот на измерени температури. Ефтиноста на бесконтактниот метод за контрола на температурата, неговата ефикасност и достапност овозможуваат користење пирометри и термички слики во речиси секое претпријатие.

Поради нивната едноставност во работењето, широкиот опсег на измерени температури, краткото време на одговор, нема потреба од контакт со објектот, нивната функционалност, бесконтактните инструменти за мерење на температурата се широко користени не само таму каде што ова е единствениот можен мерен инструмент, туку и постепено. почнат да ги заменуваат сензорите за контактна температура. ...

ЗАКЛУЧОК

Температурата е еден од главните параметри што треба да се следат со системите за автоматска контрола на процесот.

Како што знаете, операциите на мерење, тестирање и контрола се клучни за оценување на усогласеноста на процесот со наведените барања и управување со квалитетот во иднина. Особеностите на примената на една или друга мерна операција се одредуваат според спецификите на извршената работа.

Овој труд ги разгледува главните типови на мерења и контрола што се користат при спроведувањето на термичкиот процес. Се посветува внимание на средствата и методите на мерење кои најчесто се користат во пракса:

Средства и методи за мерење на температурата.

Презентирани се различни видови термометри, се проучува принципот на работа и карактеристиките на примената на термоелектричните конвертори, како и конверторите на отпор.

Покрај тоа, се посветува внимание на бесконтактните уреди за мерење на температурата.

Се разгледуваат принципот на работа, како и главните области на примена на пирометри и термички слики.

Познавањето на дизајнот, принципот на работа, карактеристиките на нивното вклучување може да помогне разумно да се решат мерните проблеми во контролата на квалитетот на инструментите.

БИБЛИОГРАФИЈА

1. Кљуев, контрола и дијагностика: референтна книга / ед. ... - 3-то издание, Rev. и додадете. - М .: Машиностроение, 2005 .-- 656 стр.

2. Уреди и алатки за контрола и мерење: упатство /,. - М .: Издавачки центар „Академија“, 2006. - 464 стр.

3. Пономарев, и практични аспекти на термофизичките мерења: монографија. Во 2 книги. /,. - Тамбов: Тамб. држава техн. un-t, 2006. - Книга. 1. - 208 стр.

4. Profos, P. Мерења во индустријата: референтна книга. Во 3 кн. Книга. 2. Методи на мерење и опрема / P. Profos; по. со него. - М .: Металургија, 1990 .-- 384 стр.

5. Ранев, и мерни инструменти: учебник за универзитети /,. - 3-то издание, Избришано. - М .: Издавачки центар „Академија“, 2006. - 336 стр.

6. Hart, H. Вовед во мерната технологија / H. Hart; по. со него. - М .: Мир, 1999 .-- 391 стр.