Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 18

Если коэффициент излучения не равен единице, то выполненное с помощью пирометра измерение будет содержать ошибку. Плотность энергии излучения Р удовлетворяет закону Стефана-Больцмана P =, где с — константа (с = 5,7x10"⁸ Вт-м"²К"⁴), а Т— абсолютная температура. Поэтому коэффициент ошибки при измерении температуры, связанной с тем, что меньше единицы, равен .

В пирометрах используются два типа детекторов: тепловые и квантовые. Тепловой детектор или поглощающий детектор преобразует падающее излучение в повышение температуры. Затем это повышение температуры можно измерить одним из способов, описанных выше, например, с помощью терморезистора или используя термобатарею, то есть несколько соединённых последовательно термопар. Достоинством тепловых детекторов является постоянство чувствительности в широком диапазоне длин волн (см. рис. 3.18(6)). Однако у этих детекторов медленный отклик из-за относительно большой тепловой массы. Типичное значение времени готовности инструмента будет лежать между 1 и 10 секундами.

В пирометрах других типов используются квантовые детекторы, принцип действия которых основан на возбуждённых инфракрасным излучением электронах

3.2 Входные преобразователи    

 материала. Они появляются только тогда, когда энергия кванта излучения E равна определенному пороговому значению Е₀ или больше него. Это пороговое значение соответствует переходу электронов на более высокий энергетический уровень. Энергией, равной пороговому значению или превосходящей его, может обладать квант инфракрасного излучения, с частотой выше некоторой минимальной частоты f₀ или с длиной волны ниже некоторой максимальной величины ₀. На рис. 3.18(6) приведена абстрактная спектральная чувствительность квантового детектора такого типа. В качестве квантовых детекторов ближнего инфракрасного излучения используются фотодиоды, а для дальнего инфракрасного излучения применяются фоторезисторы. Квантовые детекторы имеют малое время отклика, но измеряют излучение только в ограниченном диапазоне длин волн.

Пирометры применяют для измерения очень высоких температур (Т > 1000 К), когда не доступны другие способы. Их также используют для измерения температуры объектов, имеющих высокое тепловое сопротивление, таких как пластмассы, камни и т. д. Контактный термометр в этом случае вызвал бы большую тепловую нагрузку на объект измерения. Кроме того, пирометры применяют для измерения на расстоянии и при наблюдении быстрых изменений температуры.

Существует значительно больше, чем было описано, различных методов преобразования температуры в электрический сигнал. Один из них — (кварцевый) термометр с использованием кристалла, основанный на зависимости резонансной частоты пьезоэлектрического кристалла от температуры. Кристалл применяется для того, чтобы точно задать частоту колебаний генератора. Эту частоту можно определить методом подсчёта с очень малой погрешностью (порядка 0,01 К) и с очень высоким разрешением (порядка 10⁴) в диапазоне температур от — 80°С до 250°С. Эти замечательные характеристики реализуются благодаря очень точному разрезанию кристалла кварца относительно осей ориентации кристалла. Этот срез делается так, чтобы получить максимальную температурную чувствительность резонансной частоты при возможно лучшей стабильности. Для ещё большего повышения точности строится калибровочная кривая зависимости частоты от температуры, которая вводится в память прибора (в его ПЗУ).

3.2.3. Магнитоэлектрические датчики

Индукцию магнитного поля можно измерить датчиками, которые называются магнитометрами или датчиками магнитного поля.

Магнитная индукция В выражается в теслах (Тл). Иногда её называют также плотностью магнитного потока. Эквивалентной единицей является величина, равная веберу на квадратный метр, причём 1Тл = 1Вб/м² .

Иногда для измерения индукции В статического магнитного поля применяют

Измерительные приборы в электрических измерениях