Материал: 2015 [Тынчеров] Основы автоматизации ТПНП

Измеряя ток лампы накаливания, можно определять температуру излучателя. Измерение тока осуществляется быстродействующим электронным потенциометром 12, включенным на шунт в цепи лампы, правильная наводка головки на излучатель — при помощи окуляра 10 и отражателя 5. Прибор имеет разделительный трансформатор 13, стабилизатор напряжения 15, зажимы 16 для подвода питания от сети.

Описанный здесь пирометр допускает установку его на расстоянии 1 м и более от излучателя. Наименьший допустимый диаметр излучателя должен быть всегда несколько больше 1/20 этого расстояния. Пирометры этого типа, но со специальными объективами, могут быть использованы для измерения температуры и меньших по размеру объектов, чем пирометры со стандартным показателем визирования.

Цветовые пирометры. Эти пирометры измеряют температуру по отношению интенсивностей монохроматического излучения тела для двух диапазонов длин волн красного и сине-зеленого участков видимой части спектра. Такое отношение характеризует так называемую цветовую температуру, которая совпадает с истинной для абсолютно черного и серых тел. В отечественных цветовых пирометрах использован метод красно-синего отношения. Для измерения обеих монохроматических яркостей используют один приемник излучения (фотоэлемент или фотосопротивление) с общим каналом усиления измеряемых сигналов.

Преимущество метода цветовой пирометрии перед другими бесконтактными оптическими способами измерения температуры состоит в том, что в качестве объекта измерения не обязательно иметь АЧТ. Кроме того, исключаются влияние излучений, изменения рельефов поверхности, расстояния от пирометра неселективных поглотителей лучистой энергии, расположенных между объектом измерения и пирометром (сеток, стекол, диафрагм, призм и т. п.).

Типичными образцами цветовых пирометров являются приборы ЦЭП-3М (рис. 4.6) и ЦЭП-4.

Рис. 4.6 — Устройство пирометра с телескопом ТЭРА-50: 1 — линза; 2 — установочный фланец; 3 — сменная втулка; 4 — термобатарея; 5 — компенсационная катушка; 6 — камера термобатареи; 7 — крышка; 8 — отвер-

стие для наблюдения; 9 — ввод проводов

Комплект прибора состоит из трех блоков: датчика, блока электроники, включающего усилительную и решающую схемы, показывающего или регистрирующего прибора.

Принцип действия прибора основан на автоматическом измерении логарифма отношения спектральных яркостей в красном и синем участке спектра. Вычислительное устройство автоматически осуществляет логарифмирование отношения яркостей. Логарифм спектрального отношения яркостей пропорционален обратным значениям цветовой температуры.

Измеряемое излучение попадает на фотоэлемент через оптическую систему прибора и через обтюратор, вращаемый синхронным двигателем. Обтюратор выполнен в виде диска с отверстиями, закрытыми красными и синими светофильтрами таким образом, что при вращении диска на фотоэлемент попеременно попадает то красная, то синяя энергетическая яркость. Импульсы фототока, пропорциональные красной и синей спектральным энергетическим яркостям, усиливаются и подаются на вход измерительной системы. Фотоэлемент термостатирован. Все эти устройства смонтированы в головке прибора. Усиленный ток подается в измерительный блок, в котором после соответствующих преобразований сигнал поступает в электронную логарифмирующую систему, позволяющую получать линейную шкалу.

Рис. 4.7 — Принципиальная схема измерения температуры цветовым пирометром: 1 — оптическая схема; 2 — диск со светофильтрами; 3 — фотоэлемент; 4 — блок измерения; 5 — самописец

Вголовке датчика находятся также устройства для ручной и автоматической регулировки уровня энергетической яркости, индикаторы и органы управления. Для удаления пыли и дыма из поля зрения при измерении температуры открытых объектов в бленду, надеваемую на тубус объектива, подается сжатый воздух. Диапазон измерений температуры составляет 1400–2800°С. Прибор имеет от 3 до 5 поддиапазонов с интервалом 200–400°С. Показания прибора переводятся в градусы Цельсия с помощью градуировочного графика для данного поддиапазона. Градуировку прибора проводят по образцовым температурным лампам. Предельная ошибка измерения цветовой температуры 2000°С равна ±30°С.

Вметоде бихроматической цветовой пирометрии сигнал для регулирования определяется разностью двух спектральных энергетических яркостей.

Данный метод регулирования цветовой температуры исключает необходимость применения какой-либо схемы или логометра, измеряющего отношение яркостей. На этом принципе работает пирометр РЭД-1, имеющий один фотоэлемент и разделяющий сигналы, пропорциональные соответствующим спектральным энергетическим яркостям во времени, с помощью вращающегося диска со светофильтрами.

4.3. Методы и средства измерения уровня

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимо-

сти в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.

Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные и радиоизотопные.

Поплавковые уровнемеры. Поплавковым уровнемером называется уровнемер, основанный на измерении положения поплавка, частично погруженного в жидкость, причем степень погружения поплавка (осадка) при неизменной плотности жидкости не зависит от контролируемого уровня. Поплавок перемещается вертикально вместе с уровнем жидкости, и, следовательно, по его положению может быть определено значение уровня. В статическом режиме на поплавок действуют сила тяжести G и выталкивающие силы жидкости и газовой среды. При перемещении поплавка появляется также сила сопротивления в подвижных элементах уровнемера.

Если пренебречь силой сопротивления кинематики и выталкивающей силой газовой фазы, то действующие на поплавок силы связаны уравнением:

где Vж — объем погруженной части поплавка, ρж — плотность жидкости.

Объем Vж однозначно определяет осадку (глубину погружения) поплавка. При изменении плотности контролируемой жидкости на Δρж изменяется объем погруженной части на ΔVж, что приводит к изменению осадка, т. е. к появлению дополнительной погрешности. Выражение для ΔVж можно получить в виде:

Таким образом, объем погруженной части Vж, а следовательно, осадка поплавка, является параметром, определяющим дополнительную погрешность, вызванную изменением плотности контролируемой жидкости. Для снижения этой погрешности целесообразно уменьшить осадку поплавка, что может быть достигнуто либо увели-

чением площади поперечного сечения поплавка, либо облегчением поплавка.

В простейшем случае поплавок соединен с указателем с помощью гибкой механической связи. Размеры поплавка ограничиваются размерами уровнемера, масса поплавка не может быть сильно уменьшена из-за необходимости обеспечения требуемого натяжения гибкого элемента и преодоления сил трения. Сила сопротивления определяется выбором схемы связи поплавка с измерительной схемой уровнемера.

Рис. 4.8 — Схема поплавкового уровнемера ПМП: 1 — корпус; 2 — кабельный вывод; 3 — зонтик; 4 — стопорное кольцо; 5 — постоянный магнит;

6 — поплавок; 7 — направляющая трубка; 8 — герконовое реле

Такая конструкция имеет большой диапазон измерения, но не обеспечивает хорошей герметизации резервуара, поэтому используется только при небольшом избыточном давлении или разрежении и невысоких температурах контролируемой среды. Примером такого уровнемера являются уровнемеры типа УДУ. Они предназначены для измерения уровня нефтепродуктов с температурой (-50...50)°С, в интервале избыточных давлений (-1,5...3) кПа. Диапазоны измерения 0...12 или 0...20 м, основная погрешность ±4 мм.

При более высоких значениях температуры и давления среды используются поплавковые уровнемеры с магнитными преобразователями. Примером таких приборов являются магнитные уровнемеры типа ПМП (рис. 4.8) НПП «СЕНСОР».