Электротехника \ Измерительные приборы в электрических измерениях

Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 17

3.2 Входные преобразователи    

Поэтому термопары бывают изготовлены из тонкой и дорогой проволоки. В результате время теплового переходного процесса уменьшается, но зато увеличивается последовательное сопротивление. Поэтому ток через термопару, обусловленный сопротивлением утечки, приведет к тому, что другие эффекты, рассмотренные выше, станут оказывать свое влияние. Наконец, гальванические напряжения, вызванные влажностью и коррозией, могут стать в несколько сот раз больше напряжения Зеебека!

Термометры излучения

Термометр излучения поглощает часть инфракрасного излучения, испускаемого объектом измерения. Термометр для высоких температур обычно называют пирометром (от греч. Руr — огонь). Обычно излучение фокусируется непосредственно на тепловом детекторе с помощью вогнутого зеркала (как показано на рис. 3.18(а)). Если температура объекта измерения более низкая, чем у детектора, то детектор будет источником тепловой энергии, отдаваемой объекту, сам при этом охлаждаясь. Поскольку линзы, хорошо пропускающие тепловое излучение (теплопрозрачные инфракрасные линзы), очень дороги, избегают их применения, особенно при низких температурах. В частности, длинноволновое инфракрасное излучение, очень сильно поглощается большинством материалов. Например, кусок стекла толщиной 2 мм поглотит 50% инфракрасного излучения с длиной волны 2 мкм. 2-миллиметровый слой плавикового шпата (CaF2) поглощает 50% излучения с длиной волны 7 мкм, а в 2-миллиметровом кристаллическом йодистом цезии поглощается 50% излучения с длиной волны 70 мкм. Такие материалы трудно обрабатывать, часто они не водостойки и т. д.

Рис. 3.18. (а) Оптическая структура термометра инфракрасного излучения, согласующая тепловой детектор с объектом измерения. (b) Упрощённое представление спектральной чувствительности S(1l) квантового и теплового детекторов.

Как показано на рис. 3.18(а), расстояние от объекта измерения до пирометра не имеет значения, поскольку в каждом положении объекта А и С он отдает одно и то же тепловое излучение пирометру, если его поверхность


Измерительные приборы в электрических измерениях

полностью охватывается углом раскрыва . Мощность излучения точечного источника обратно пропорциональна квадрату расстояния, а площадь обозреваемой поверхности увеличивается пропорционально квадрату расстояния, так что в случае, когда угол обзора пирометра полностью покрывает (изотермический) объект, суммарный результат измерения будет одним и тем же.

Если объект излучает равномерно во всех направлениях (так называемый излучатель Ламберта), то энергия излучения, которую получает детектор, не будет изменяться даже в том случае, когда поверхность такого измеряемого объекта находится под углом а (при условии, что а 0° или 180°) к оси пирометра.

Энергия излучения, испускаемая объектом измерения при данной температуре поверхности, обычно меньше, чем энергия, излучаемая абсолютно чёрным телом при той же температуре; коэффициент излучения объекта измерения меньше единицы. (Абсолютно чёрное тело имеет коэффициент излучения равный единице, а у идеального отражателя коэффициент излучения равен нулю.) Коэффициент излучения поверхности равен её коэффициенту поглощения. И тот и другой могут зависеть от длины волны излучения. У некоторых объектов, хорошо отражающих видимый свет, может быть большим коэффициент излучения в инфракрасной области и наоборот.

Коэффициент излучения ε различных материалов в инфракрасном диапазоне имеет следующие значения: ε= 0,03 — О.ОЗ для полированных металлических поверхностей, ε = 0,9 для лаковых и эмалевых плёнок, ε 0,92 для коллоидного графита и  0,96 для воды и льда. Часто для обеспечения большой величины £ объект покрывают тонким слоем коллоидного графита. Иногда в объекте просверливают отверстия. Если отношение диаметра отверстия к его глубине менее 1/6, то оно ведёт себя как виртуальный абсолютно чёрный излучатель.

Скачать файл