На сегодняшний день проблема с измерением температуры реальных объектов с использованием тепловизоров и пирометров окончательно не решена. Широкое распространение получили односпектральные пирометры или пирометры частичного излучения. Для точного измерения в таких пирометрах необходимо устанавливать величину излучательной способности (ИС) поверхности контролируемого изделия. Но часто величина ИС неизвестна или сведения о ней неточны, вследствие чего ошиб-ка измерения может достигать десятков и сотен процентов.

Частично эту проблему можно решить, применив двухспектральные приборы. Однако, ограничения, накладываемые на ИC при проведении измерений, иногда приводят к погрешностям большим, чем у пирометров частичного излучения. Так, если ошибка в величине ИС для пирометра частичного излучения в 1% в области 1 мкм приведет к погрешности в определении температуры примерно на 0,1%, то при отклонении от линейности ИС на 1% у пирометров спектрального отношения 0,7 - 1 мкм температура будет определена с погрешностью 1,5%, т.е. в 15 раз больше. К сожалению, ИС поверхности металлов изменяется с длиной волны, что ограничивает возмож-ность использования пирометров спектрального отношения для контроля их температуры. Пирометры других типов наша промышленность сегодня серийно не выпускает.

В ряде работ отечественных и зарубежных авторов предложены методы измерения температуры расплавов металлов без знания величины ИС. Используя математический расчет, изложенный в [1], нами был разработан многоспектральный пирометр С-3000, измеряющий температуру сплавов железа в диапазоне 1200 – 1800°С.Внешний вид пирометра представлен на рис. 1.

Пирометр имеет:
  • точность - 1%;
  • разрешающую способность - 1°С;
  • показатель визирования - 1:100.

Конструктивно пирометр выполнен в виде двух блоков - измерительной головки и блока индикации, которые могут быть разнесены на сотни метров. Проводилась проверка пирометра на индукционной печи. Пирометр был установлен на расстоянии 1,2 - 1,5 м под углом ≈45° к зеркалу металла. В процессе нагрева расплава одновременно регистрировалась его температура пирометром частичного излучения (1,2 мкм) и периодически погружной термопарой.

Инструментальная погрешность пирометров определялась предварительной градуировкой на модели АЧТ и составила 1%.

На рис. 2 представлены результаты измерения температуры поверхности металла при медленном разрушении окисной пленки за счет перемешивания металла.

Рис.2 Результаты измерения температуры расплава стали от времени при интенсивном перемешивании. 1 - С-3000, 2 - пирометр частичного излучения.

Показания контактного датчика соответствовали 1520°С.

Как видно из рисунка, пирометр С-3000 показывает стабильную температуру в диапазоне 1515°±10°С и температура медленно повышается до величины 1525°±5°С.

Нестабильность температуры связана с неравномерностью прогрева поверхности металла и может служить дополнительной информацией о качестве разогрева расплава. Необходимо отметить, что собственные шумы пирометра С-3000 менее 1°С. В результате измерения температуры пирометром частичного излучения в той же точке при величине ИС равном 1,0 получено значение температуры 1475°±10°С и последующее снижение ее до величины 1450°±5°С. Поверхность чистого металла имеет более низкую величину ИС и при увеличении истинной температуры, поток, излучаемый с поверхности металла, уменьшился, поэтому показания пирометра частичного излучения снизились на 25°, что привело к неправильной оценке уровня температуры. Повышение температуры на 5°С, зафиксированное пирометром С-3000, соответствует дополнительному нагреву металла, в результате которого усилилось перемешивание и произошло разрушение окисной пленки.

Рис.3 Результаты измерения температуры расплава при ипользовании функции "антидым". 1 - С-3000, 2 - пирометр частичного излучения

При измерении температуры расплава на показания пирометра определенное влияние может оказывать экранирование поверхности объекта дымом. В пирометре С-3000 введена функция "антидым", позволяющая уменьшить влияние дыма на показания пирометра и повысить достоверность результатов измерений. Результаты измерений с использованием данной функции представлены на рис. 3. Как видно из рисунка, показания пирометра С-3000 уменьшились до величины 1670°С и оставались стабильные с точностью ±3°С, в то время, как показания пирометра частичного излучения изменялись в диапазоне 1575-1615°С.

Выводы.
  1. Разработан многоспектральный пирометр С-3000, позволяющий измерять температуру сплавов железа в диапазоне 1200°-1800°C с точностью 1% без корректировки на величину излучательной способности материала.
  2. Проведены испытания многоспектрального пирометра С-3000 на индукционной печи при контроле расплава стали, которые подтверждают метрологические характеристики прибора.
  3. Выполнено сравнение результатов измерения многоспектральным пирометром С-3000 и пирометром частичного излучения, показавшее значительное снижение методической погрешности при проведении измерений пирометром С-3000 и возможность его использования в условиях, когда пирометры частичного излучения применяться не могут.
  4. Опробована функция пирометра "антидым", которая позволила повысить точность измерения и снизить влияние человеческого фактора на результаты контроля температуры.
  5. Пирометр С-3000 снабжен электронным самописцем температуры, позволяющим документировать полученные данные, что повышает качество выполнения процесса измерения.
Библиография:
Свет Д.Я. Оптические методы измерения истинных температур. М.: Наука, 1982.