РСК-МЕТАЛЛ

Пирометры — бесконтактные измерители температуры — по-прежнему являются незаменимыми элементами цепей контроля и управления в целом ряде отраслей промышленности — металлургической, машиностроительной, электронной, химической, медико-биологической и т.д. Им нет альтернативы при измерении температуры движущихся (например, металл на прокатном стане), труднодоступных или находящихся в опасных зонах (подстанции высокого напряжения) объектов.

Большая часть пирометров разрабатывалась и выпускалась на Украине: на Каменец-Подольском приборостроительном заводе (КППЗ), Харьковском заводе «Прибор» и во Львовском НПО «Термоприбор». В целом в парке приборов СССР было 200-300 тыс. приборов, большую часть которых (до 70-80%) составляли визуальные пирометры с исчезающей нитью типа «Проминь». Серийный выпуск пирометров в ограниченных объемах (всего около 15-25% от общего количества) проводился в Москве, Ленинграде, Свердловске, Горьком, в настоящее время прекращен. Основную массу парка приборов составляли приборы с основной погрешностью 1-5%.

Использование современной элементной базы существенно расширило возможности этих приборов и позволило наделить их новыми свойствами — помимо измерения они могут теперь проводить обработку полученной информации и осуществлять сложные действия по управлению технологическим процессом. Снизился их вес, уменьшились габариты, приборы стали проще и удобнее в эксплуатации.

Все это оказалось возможным благодаря применению в приборах новой элементной базы, включающей микропроцессоры. Использование электроники нового поколения позволило также снизить процент отказов приборов как за счет уменьшения количества используемых элементов, так и за счет высокой надежности каждого из них. Кроме того, более корректно учитывается влияние излучательной способности измеряемого объекта и температуры окружающей среды, что позволило повысить точность измерений в цеховых условиях. Высокая стабильность источников опорного напряжения и цифровое преобразование сигнала приемника излучения в температуру создали предпосылки для увеличения межповерочного интервала пирометров.

Все более широкое применение получает радиационная термометрия в технологических процессах, ранее традиционно использовавших контактные методы, причем диапазон измерений расширился в сторону низких температур до -50 °С, расширяется область применения тепловизоров, очень актуально внедрение неконтактных методов измерения температуры в энергетической промышленности. Значительно сократилась доля визуальных пирометров, еще в 80_е годы составлявшая более 70%, в настоящее время, по-видимому, она не превышает 25-30%.

Общее число применяемых пирометров в России, по оценке ВНИИМ, составляет 50—70 тысяч.
Структура парка включает следующие основные группы приборов:

• сканирующие пирометры (тепловизоры) — 3-5%;
• пирометры полного и частичного излучения — 70-75%;
• пирометры спектрального отношения — 10-15%;
• монохроматические пирометры — 15-20%.

Кратко рассмотрим основные преимущества и недостатки пирометрического метода перед контактными:

Перед контактными методами измерения температуры пирометрические обладают следующими преимуществами:

• высоким быстродействием, определяемым типом приемника излучения и схемой обработки электрических сигналов. При использовании квантовых приемников излучения (фотодиодов) и быстродействующих аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) постоянная времени может составлять 10-2—10-6 с;
• возможностью измерения температуры движущихся объектов и элементов оборудования, находящихся под высоковольтным потенциалом;
• отсутствием искажения температурного поля объекта контроля, что особенно актуально при измерении температуры материалов с низкой теплопроводностью (дерево, пластик и др.), а также риска повреждения поверхности и формы в случае мягких (пластичных) объектов;
• возможностью измерения высоких температур, при которых применение контактных средств измерения либо невозможно, либо время их работы очень невелико;
• возможностью работы в условиях повышенной радиации и температуры окружающей среды (до 250 °С) при разнесении приемной головки и электроники пирометра с помощью опто-волоконного кабеля.

Основными недостатками пирометрических измерений температуры являются трудности полного учета связей между термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром тепловой радиацией. Необходимо учитывать изменение излучательной способности поверхности ε от длины волны λ в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры T в диапазоне измерений, наличие поглощения излучения в среде между пирометром и объектом контроля, геометрические параметры поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса прибора. Рассмотрим основные факторы, влияющие на точность результатов измерений пирометром более подробно.

Как известно, пирометр вычисляет температуру объекта, измеряя поток теплового излучения с некоторой части его поверхности в рабочей области спектра (либо используя отношение потоков в двух и более областях спектра — в пирометрах спектрального отношения).