Главная страница  Магинтогидродинамическое измерение температуры 

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116

Поток излучения, выходящий из отверстия описанно!! вкиге модели АЧТ, направлен вверх. Это не всегда удобно и часто приходится использовать призму полного впутреппего отражения или зеркало для изменения направления лучей. Такие .(.ополиительпые оптические детали вносят до-П()Л1П1тельные погрешности в результаты измерения лучистого потока ЛЧТ, вызванные иеточиость]0 опредслення степени ослаСлсипя лучей в этих деталях. Поэтому прн некоторых экспериментах удобнее пользоваться горизонтальной моделью ЛЧТ для воспроизведения его яр;ости при температуре затвердевания какого-либо металла. Осевой разрез такой модели показан иа рис. 3.6.

Для заполиепня графитового тигля металлом пробку вывничивают, тигель устанавливают в вертикальной печи излучающей полостью вниз и в него загружают кусочки металла для расплавления. После раеилавле1П1я


Рис. 3.8, Модель черного тела с регулируемой с помощью TepNmnapH температурой излучающей полости

необходимото количества металла тигель охлаждают, завинчивают пробку и устанавливают в средней части горизонтальной трубчатой печи (рис. 3.7) с системой диафрагм, уменьшающих теплоотдачу излучением от сменной диафрагмы, непосредственно ограничивающей выходное отверстие излучающей полости.

На рис. 3.8 показано устройство модели АЧТ с регулируемой температурой, причем температура в излучающей полости измеряется с помонтью термопары. При использовании такой юделн, если излхчяющая полость термостатировапа при высоких температурах, при визн[ова ,ни ее по оси печи не удается рассмотреть термопару па фоне перегоро.тчи. Термопара и фон, на который она проектируется, будут иметь одинаковую яркость, поэтому для глаза неразличимы.

Аппаратура экстраполяции температурной шкалы. Процесс экстраполяции температурной шкалы от точки затвердевания золота осуществляется либо визуально с помощью прецизионных оптических пирометров, либо, как это уже вошло в практику эталонных работ в СССР, с помощью фотоэлектрической установки.

Оптическая схема установки, в которой используются фотоэлектрические методы измерения монохроматических яркостей, приведена на рис. 3,9. На оптической скал;,ье закрепляют сравниваемые по яркости источники излучения с их раздельными питанием и регулировкой. Такими источниками, например, могут быть модель АЧТ и температурная лампа (см. ниже) или две температурные лампы. Изображения этих двух излучателей с помощью объектива создаются на входной щели призменного моно-хроматора. Перед щелью расположен модулятор, представляющий собой струну с наклеенной на нее призмой. Струна с заданной частотой совершает колебания в плоскости, параллельной плоскости входной щели, в результате чего на последней поочередно создаются изображения то одного, то другого излучателя. Струна находится между полюсами постоянного магнита, и колебания ее обусловливаются прохождением по ней переменного тока частотой 860 Гц. Она включается в цепь обратной связи двухкаскад-ного усилителя и образует вместе с ним струнный генератор с самовозбуж-


деннем. Амплитуда колебания струны регулируется автоматически. Выходная щель монохроматора может перемещаться по спектру в пределах длин волн 0,45...1,0 мкм. Монохроматизнрованный в нужной длине волны луч с помощью линзы фокусируется па катоде фотоум1Южителя.

Если яркости сравниваемых источников пс равны, то в цепи фотоумножителя возникает переменная составляющая, амплитуда которой пропор-цнопальиа разности яркостей источников. Эта перрмеииая составляющая усиливается узкополосным усилителем и выпрямляется синхронным детектором. Конечным звеном электрошюй схемы является усилитель постоянного тока, в анодную цепь которого включен магнитоэлектрический стре-лоч1п,!Й прибор, фиксирующий равенство или первенство яркостей излучателей.

С помощью опнсанпой фотоэлектрической установки можно градуировать температурные лампы или другие стабильные источники в разных длинах волн. Установка позволяет также осуществлять экстраполяцию температур вверх от некоторого заданного начального значения. Для этой цели применяется специальное устройство (рис, 3,10), которое размещается на фотоэлектрической установке (рис, 3.9) между одним из излучателей 1 и ближайишм к нему объективом 2. Устройство для экстраполяции состоит из плиты, на которой находятся два зеркала 7 и 4, находящиеся под углом 45° к оптической оси, и две полупрозрачные стеклянные пластинки 2 и 9 также под углом 45°. Каждая из пластинок имеет коэффициент пропускания, равный ~-0,5. Таким образом, луч света, идущий от излучателя /, раздваивается на лучи 2-7-9 и 2-4-9 и вновь соединяется в о.хин луч, направляющийся в объектив 10. Далее, открыв заслонку 5 и перекрыв заслонку 6, с помощью фотоэлектрической установки уравнивают яркость источника / (рис. 3,9) с яркостью источника 1 при визировании последнего по каналу 2-7-9. Затем, перекрыв заслонку 5 и открыв заслонку (5, с помощью фотоэлектрической установки уравнивают яркость источника / с яркостью источника / при визировании последнего по каналу 2-4-9. Оставляя неизменной яркость источника /, с помощью фотоэлектрической установки и оптических клиньев 8 иЗ добиваются того, чтобы излучатель / имел одинаковую яркость при визировании как по каналу 2-7-9, так и по каналу 2 - 4 - 9. Есл-и такая настройка установки обеспечена, то при открывании обеих заслонок в объектив 10 попадает пучок удвоенной интенсивности. Следовательно, рассматривая через объектив 10 источник 1, можно наблюдать его яркостную температуру, соответствующую удвоенной яркости по отношению к первоначальной. Такой процесс удвоения яркостей можно повторять неоднократно, каждый раз получая новое, более высокое значение яркостной температуры источника 1.

В процессе градуировки температурных ламп для исключения возможных систематических погрешностей, обусловленных несимметричностью оптических каналов фотоэлектрической установки, излучатели (температурные лампы) приходится менять местами или, оставляя их на месте, перекладывать оптическую систему установки так, чтобы менялись местами ее оптические каналы. Такой порядок градуировки температурных ламп

Рис, 3,9, Оптическая схема фоти.\1ет)ической установки:

/, / - источаики излучения; 2, 2 - обт.октнвы; 3 - прнз-му; 4. 5 - [цели; 6 - линза; 7 - фотоумножитель



вызывает необходимость ряда последовательных измерений с корректировкой в каждой серии установки ламп иа оптической оси системы, Поатом\ присущая температурным лампам некоторая неоднородность раснредслспня яркости по ленте, а также то, что !1рак!нчески невозможно каждый раз вывести на оптическую ось установки строго одно и то же место на ленте л.тмпы, приводят к возрастанию ногреапюсти градуировки ламп. Несмотря иа это, применение фотоэлектрической установки для градуировки ламп позволяет приблизительно в два раза снизить погрешности но сравнению с темп, которые наблюдаются при использовании для этой цели прецизионного визуального оптическою пирометра.

Шкала цветовых темпсрлтур строится с использованием соот1ЮИ)ения между цветовой темпс1)атурой 7ц источника и двух его яркостных темпера-

2 j 4

-I S

7 8 9 10

Рис. 3.10. Схема устройства для удвоения яркости:

/ ~ излучатель; 2, 9 - полупрозрачные стеклянные пластннкн; 3,8 - оптические клинья; 4, 7 - зеркала; 5. в - заслонки; 10 - объектив

тур Ti и Т.2, измеренных в двух участках спектра с длинами волн /.[ н

Гц J 1

Температурные лампы. В качестве эталонов, хранящих температурную шкалу выше точки затвердевания золота, а также в качестве образцовых средств различных разрядов для передачи этого yjiacTKa шкалы используются температурные лампы. Температурными принято называть лампы накаливания с телом накала из вольфрамовой ленты, градуированные на яр-костные или цветовые температуры в зависимости от силы тока, протекающего через лампу.

Тело накала температурной лампы наиболее распространенного тина показано на рис. 3.11. Калиброванную вольфрамовую ленту шириной 2- 3 мм, длиной 30-40 мм и толщиной 20-40 мкм, изогнутую в виде буквы П, приваривают концами к массивным держателям. В баллоне лампы ленту устанавливают либо вертикально, либо горизонтально, причем плос-скость ее расположена перпендикулярно линии визирования. В случае надобности в стеклянный баллон лампы вваривают увиолевое либо кварцевое смотровое окно. Температурные лампы выпускаются либо с вакууми-роваиным баллоном, либо заполненным ксеноном или смесью аргона с азотом. Заполнение баллона газом резко снижает распыление вольфрамовой

ленты при высоких температурах, что позволяет существенно повысить температурный предел применимости лампы. Использование ксенона дает то преимущество, что вследствие низкой теплопроводности этого газа потери энергии на конвективную теплоотдачу в газ от накаленной ленты меньше, чем при заполнении другими благородными газами.

Вследствие конвективного теплообмена баллона лампы с окружающим воздухом и лучистого теплообмена накаленной ленты с окружающими лампу телами устанавливающаяся действительная температура ленты зависит от температуры помещения. Температурный коэффициент лампы, представляющий собой отношение приращения температуры ленты к прирантению температуры окружающих тел, оказывается обратно пропорциональным кубу температуры ленты лампы. Следовательно, чем выше температура ленты, тем меньше на ней сказывается температура помещения. Газонаполненные лампы обладают более высоким температурным коэффициентом, чем вакуумные. Для обеспечения высокой точности измерения силы тока, питающего лампу, применяется практически всегда питание постоянным током. Но это приводит к тому, что если направление тока, протекающего через лампу, совпадает с направлением положительного градиента температуры в данной точке ленты, то вследствие эффекта Томсона здесь наблюдается поглощение энергии (коэффициент Томсона 0 для вольфрама отрицателен). Если же направление тока питания противоположно направлению положительного градиента температуры, то имеет место дополнительное выделение теплоты. Вдоль ленты лампы распределение температуры почти симметрично относительно середины ленты и, следовательно, при данном направлении тока питания распределение температуры В.ЮЛЬ лепты искажается тем, что в одной половине ленты выделяется дополнительное количество теплоты, а в другой оно поглощается.

Таким образом, вследствие действия эффекта Томсона при перемене полярности питания температурной лампы изменяется распределение температуры вдоль ее ленты. Если же визировать место на ленте, находящееся в области градиента температуры, то изменение направления тока питания лампы вызовет изменение наблюдаемой яркости ленты. Очевидно, что действие эффекта Томсона обращается в нуль в области максимума температуры ленты, где градиент температуры принимает нулевое значение.

В вакуумированиой лампе область максимальной температуры ленты расположена посередине ленты. В газонаполненных лампах вследствие свободной конвекции газа максимум температуры расположен несколько выше середины ленты (рис. 3.11).

Неравномерность температурного поля газа в баллоне лампы приводит к тому, что при неизменном токе питания яркость места визирования на ленте меняется в зависимости от наклона лампы. Лампу, отградуированную, например, в вертикальном положении, следует применять тол1 ко а этом положении. При этом вертикальность ленты как при градуировке, так и при эксплуатации лампы целесообразно проверять отвесом.

После включения температурной лампы в цепь или изменения режима ее питания новое тепловое состояние лампы устанавливается только через значительный промежуток времени. В вакуумированиой лампе тепловое равновесие наступает в среднем через 10 мин. В газонаполненной лампе процесс стабилизации теплового режима замедляется постепенным установлением иир:суляции в газе в ре;1ультате развившейся свободной конвекции. Поэюму длительность установления теплового режима в газонапол-

Рис. 3.11. Тело накала температурной лампы



цепных лампах достигает 30...40 мин. Пока тепловой режим в лампе не установился прн постоянном напряжении, подаваемом к иен, меняется сила тока, протекающего через лампу, и яркость ее ленты.

Вольфрамовая лента температурной лампы является селективным излучателем. Коэффициент черноты излучения вольфрама, как п большинства металлов, ощжается по мере возрастания длины волны. Поэтому излучение темнературпон лампы опюсительно богаче коротковолновыми лучами излучения ЛЧТ при топ же яркостной температуре. Это обстоятельство следует учитывать прн использовании температурной лампы в качестве излучателя.

3.7. Система обеспечения единства измерений температуры

Обеспечение единства измерений температур в нашей стране возложено на государственную и ведомственные метрологические службы. Государственная метрологическая служба по всем видам измерений (включая и температуру) монопольно осуществляется органами Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР (Госстандарт СССР). В области измерений температур государственная метрологическая служба основьг-вается на системе государственных эталонов, созданных и хранящихся в метрологических институтах Госстандарта СССР.

Во Всесоюзном научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) хранится государственный первичный эталон единицы температуры в диапазоне 13,81...273,15 К. Здесь также создан н хранится государственный специальный эталон единицы температуры в диапазоне 4,2...13,81 К на основе температурной шкалы германиевого термометра сопротивления. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии (ВНИИМ) им. Д. И. Менделеева хранится государственный первичный эталон единицы температуры в диапазоне 0...2500 °С.

Обеспечение в стране единства измерений температур выше 2500 С в области радиационной пирометрии возложено на Харьковский государственный научпо-нсследовательскнй институт метрологии. Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии стандартных образцов осуществляет контроль над измерениями температуры методами термоэлектрической термометрии. В институте хранятся рабочие эталоны - групповые эталоны термоэлектрических термометров переменного состава в диапазоне температур 0...1769 °С, получившие единицу температуры от государственного первичного эталона.

Разнообразие приборов для измерения температур, широкое их использование в различных отраслях техники обусловили необходимость системы, регламентирующей соподчиненность рабочих эталонов и образцовых средств разных разрядов, предназначенных для проверки технических средств измерений температур. Такая система, предусматривающая порядок аттестации образцовых средств и поверки технических средств измерения температуры, утверждаемая Госстандартом СССР, одновременно с утверждением соответствующего первичного эталона получила название поверочной схемы.

Если функциями первичного эталона являются воспроизведение, хранение и передача единицы измерения, то функциями рабочих эталонов и разрядных образцовых средств являются хранение и передача единицы измерения. Рабочие эталоны, аттестованные по соответствующему государственному первичному эталону, хранятся, как правило, в республиканских или областных центрах метрологии и стандартизации или в головном предприятии ведомственной метрологической службы, осуществляющей гю нему аттестацию всех разрядных образцовых средств в соответствии с по-

о со со О: о

о LO CTj г- LC j

о о С) о С) - 00 -.г; СП с 1 о о о о <6 о о о о -

а->

1 я.

со 00 -. 3

Qcorr--r--coc£-c.- I о о о о о т с£; сп !>i \

о о о о о о о о о -

. ,

to -rf ст to ОС0 1-ГС- - сос , ООООО- COtDOO- [

о о о о о о о о о -

00 О: Ю

о о о о о -; сО ira 00 - -i.

Cj) о о о о о о о о - -

- со о

оо

i 1

1 П ; О

о Ю -* -* 00

- C4tDtt-O00;D-C4C

ооооо - счюоо-.- d о о о о о о о о - -

СО СП >, О О Й

о о - -ч- о

- C.Ott--OiOcO - ост: ООООО - CNlCOO-.со

о о о о о о о о о - -

:о с

о с о - -- о го

о со 00

- - LOi-b-a:coooortD о о о о о о lO о со

о о о о о о о о о --

<JD 00 к

О О ч О о

С7: см to Ю О: о

о - LOrt--OOOtlO-:fCO

о 0 о о CN -* ь-. о со о о о о о о о о о - -

§5

-. Ю Ю Ю С.1 OOirathoOOOLOCM - о

о ооооо - -*toco о о о о о о о о о - -

со 3

о о оо

ю ю

OO-*tt00cr)C4O00t 0 о 0 ® 0 - t-. СП

о о о о о о о о о о -*

см о см о о о

о о со со to СП о

я, я. я я я я ~ . я, я Ч

о о о о о о о о о* о -

ооооооооооо оооооооооо

- C4CO-4-lOcr>tO0cnQ

сч О) со

С?Ю СП

со Ю СП

ООСО

сч ю оо

я я Ч

сюоо

-* 00 СП

§

Ю U0

осч сч сч . г--

°

00 О СП

- -* сгГ

- со со

§

1Л ю сч

-сосгГ

сч сп со ю

о о



1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116

© 2000 - 2024 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.