страница - 27
важно обеспечить хорошее прилегание пленки к объекту. Зазор даже в ОД мм может сильно исказить результаты измерения. Устранить влияние воздушного зазора можно, используя специальные нетоксичные, легко удаляемые смазки, например, на основе кремниевых соединений, обладающих высокой теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью меди. Смазки наносятся на объект равномерным слоем толщиной 0,2 - 0,5 мм, а к ней прикладывается пленка с жидким кристаллом (ЖК). Максимальный размер пленок ЖК порядка 0,5 х 0,5 м2.
Пленки ЖК обладают анизотропией теплопроводности. Поперечная (в плоскости пленки) теплопроводность значительно ниже, чем продольная (поперек слоя), что обеспечивает возможность длительного наблюдения тепловых изображений.
Жидкие кристаллы могут работать в диапазоне от +20°С до +200°С.
Для достижения максимальной температурной чувствительности применяют жидкие кристаллы, работающие в узком температурном диапазоне (2 - 3°С). Например, жидкокристаллический термоиндикатор, работающий в диапазоне 41 - 43°С, имеет чувствительность 0,5°С.
Действие люминофорных термоиндикаторов основано на температурной зависимости цвета или интенсивности люминесценции некоторых веществ, например сульфидов цинка и кадмия.
Недостатком люминофорных индикаторов является необходимость точной стабилизации возбуждающего люминесценцию излучения (обычно ультрафиолетового).
Люминоформы применяют при исследовании микрообъектов в радиоэлектронике, например при обнаружении дефектов в транзисторах.
Изооптические термографические преобразователи. Действие изоогггических термографических преобразователей (ИТП) основано на эффекте Христиансена, то есть спектральном смещении полосы пропускания оптически неоднородной структуры, компоненты которой имеют различный характер изменения показателя преломления от температуры.
ИТП представляют собой структуры типа твердого раствора, например мелкодисперсный порошок стекла (размер частичек 5 + 40 мкм) в кремнийорганическом каучуке. Температурная зависимость дисперсионных рефракционных параметров каучука близка к линейной в области температур от минус 20 до плюс 150°С.
Для стекол же характерна слабая зависимость показателя преломления от температуры. При нагреве раствора длина волны, соответствующая равенству показателей преломления среды и наполнителя, плавно изменяется.
Поэтому при освещении кюветы с раствором полихроматическим источником ее цвет в проходящем излучении будет изменяться в зависимости от температуры. Если одну из стенок кюветы выполнить зеркальной, эффект наблюдается в отраженном свете.
Подбором марок каучуков и стекол добиваются создания ИТП, работающих в определенном диапазоне температур, что повышает их чувствительность. ИТП могут быть получены в виде тонких пластин, гибких пленок, паст, замазок.
Разработаны изооптические термографы с визуализацией изотерм на изображении теплового поля ИТП, находящегося в контакте с объектом.
Для автоматизации измерений температуры объекта ИТП сопрягаются с телевизионными или другими колориметрическими системами объективного анализа цвета.
1.9.2.2. МЕТОДЫ ПИРОМЕТРИИ ИЗЛУЧЕНИИ
Законы излучения абсолютно черного тела (АЧТ) могут применяться с известной поправкой для большинства реальных тел.
Для реальных тел законы излучения АЧТ применимы только в первом приближении. Их излучение может отличаться от излучения АЧТ при той же температуре как спектральным составом, так и интенсивностью. Тела, излучение которых имеет тот же спектр, что и излучение АЧТ при данной температуре, и отличается от него только интенсивностью, называются серыми.
Для оценки излучательной способности реальных (серых) тел вводят понятие коэффициента излучения г(Х, Т) < 1,0. Очевидно, что для АЧТ и серых тел
е(Х, 7) = а(Х, 7).
Это выражение может быть получено из закона Кирхгофа и означает, что коэффициент излучения равен коэффициенту поглощения реального тела [а(Х, 7)].
Значения е(А., 7) и е(7) зависят от температуры объекта, его материала и состояния его поверхности.
Источники излученияу спектр которых отличается от спектра АЧТ при данной температуре, называются селективными.
Однозначная связь между мощностью и спектром излучения и температурой тела существует только для АЧТ. Для реальных объектов введены понятия эквивалентных температур.
1. Радиационной или энергетической температурой То серого излучателя с истинной температурой ТИ называется такая температура АЧТ, при которой его яркость равна яркости данного излучателя.
2.Яркостной температурой серого излучателя Тя с истинной температурой Ти называют такую температуру АЧТ, при которой его спектральная яркость для некоторой длины волны X равна спектральной яркости данного излучателя при той же длине волны.
3.Цветовой температурой Тц серого излучателя с истинной температурой Ти называют такую температуру АЧТ, при которой "цвета" их излучений совпадают.
При определении температуры изделий, находящихся в непосредственной близости от высоконагретых тел, необходимо учитывать излучение фона, отраженное от объекта контроля, поскольку детекторы ИК-излучения, как правило, регистрируют именно суммарное излучение.
Необходимо учитывать также эффекты ослабления ИК-излучения в атмосфере или среде, отделяющих изделие от детектора. Спектр пропускания ИК-лучей атмосферой имеет два характерных "окна" прозрачности (2 - 5 и 8 - 14 мкм).
Закон Бугера описывает поглощение в среде:
Ф = Ф0 exp(-fc/),
где Ф - поток, прошедший среду толщиной /; Фп - исходное значение потока; к - натуральный показатель ослабления, учитывающий поглощение и рассеяние излучения.
*)б)в)
Рис. 1.9.1. Схема яркостного пирометра:
я, б", в - поле зрения прибора для различных режимов накала нити лампы
Яр костные визуальные пирометры (рис. 1.9.1) применяют для измерения яркостных температур выше 600°С. Принцип их действия основан на зависимости спектральной яркости нагретых тел от температуры, описываемой законами Планка и Вина.
Объектив 2 проектирует объект 1 через диафрагму 3 и нейтральный фильтр 4 на плоскость 5. В этой плоскости находится нить спектральной пирометрической лампы, которая рассматривается через красный фильтр 7 с помощью окуляра 6. Наблюдатель видит одновременно изображение лампы и объекта.
Потенциометром меняют яркость лампы до исчезновения ее изображения на фоне объекта, затем определяют соответствующий этому моменту ток лампы и по градуировоч-ной шкале прибора температуру объекта.
Применяя красный фильтр 7, можно вести измерения в узком спектральном интервале. При высоких яркостях объекта вводят фильтр 4.
Недостатком метода является субъективность измерения, преимуществом - простота и удобство в работе.
Яркостные пирометры с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) и специально передающими телевизионными трубками (видиконами) чувствительны в ИК-области спектра и позволяют измерять более низкие температуры (200 - 600°С).
1 гзч$б
Рис. 1.9.2. Схема яркостного пирометра с ЭОП (л) й телевизионной системой (0):
1 - объект; 2 - объектив; 3 - нить лампы; 4 - оптика переноса изображения; 5 - ЭОП; 6 - окуляр; 7 - ИК-видикон; 8 - телевизор
Действие яркостного пирометра с ЭОП (рис. 1.9.2) основано на преобразовании испускаемых объектом и эталонной лампой ИК-лучей в видимое излучение с помощью ЭОП или видикона. Яркости визуализированных изображений объекта и спирали пирометрической лампы уравнивают обычным способом.
Принцип действия фотоэлектрических яркостных пирометров основан на применении фотопреобразователей для измерения монохроматической яркости объекта или ее сравнения с яркостью эталона. Эти приборы позволяют автоматизировать и ускорить процесс измерения и исключить субъективные ошибки измерения. Нижний температурный предел пирометров определяется спектральной чувствительностью приемника излучения.
Своеобразной модификацией яркостных пирометров являются фотографические пирометры, фиксирующие изображение объекта и эталона яркости на фотопленке и осуществляющие их фотометрическое сравнение визуальным методом или с помощью денситометров.
Преимущество этих приборов - возможность регистрации температурных полей объектов большого размера с высокой пространственной и временной разрешающей способностью.
Действие цветовых пирометров основано на сравнении интенсивности излучения объекта в двух спектральных диапазонах. Логарифм их отношения обратно пропорционален цветовой температуре объекта. Оптическая схема цветового пирометра обычно содержит два цветных фильтра, через которые с помощью модулятора поток излучения от объекта попеременно направляется на фотоприемник. Функциональная схема цветового пирометра показана на рис. 1.9.3.
Ряс. 1.9.3. Схема цветового пирометра:
1 - объект 2 - объектив; 3 - модулятор; 4, 5 - селективные светофильтры; 6 - приемник излучения; 7- электронная схема; 8 - регистратор
Диапазон измеряемых температур 1000 + 2500°С.
Метод цветовой пирометрии может быть распространен на инфракрасную область спектра при соответствующем подборе приемника излучения и материалов проекционной оптики и светофильтров.
Нижний предел температурного диапазона может быть расширен при этом до 20 - 50°С.
в
Рис. 1.9.4. Схема радиационного пирометра:
/ - объект; 2 - объектив; 3 - приемник; 4 - индикатор
Действие радиационных пирометров (рис. 1.9.4) основано на использовании закона Стефана- Больцмана, выражающего зависимость излучаемой телом энергии от его температуры.
Приборы этого типа широко используют для измерения низких температур (-20 -s- 100°С). Приемниками излучения служат термопары или болометры. Часто применяют термобатареи (последовательно соединенные термопары). Находят применение пироэлектрические детекторы.
Для измерения температуры слабо нагретых тел применяют объективы из материалов, прозрачных в соответствующей спектральной области. Стекло используют для измерения температур от 900°С. Кварц применяют для регистрации температур более 400°С. Объективы из фтористого лития или фтористого бария позволяют фиксировать температуры в диапазоне 20 - 500°С. Часто используют также зеркальную оптику.
Существенное влияние на показания радиационного пирометра оказывает состояние поверхности контролируемого объекта, поскольку оно связано с его йзлучательной способностью.
Для определения распределения температуры по поверхности объекта вдоль заданной линии развертки применяют радиационные пирометры с оптико-механической системой линейного сканирования (термопрофили).
Для визуализации тепловых полей применяют тепловизоры.
о-1
Рис. 1.9.5. Структурная схема тепловизора
Структурная схема тепловизора (рис. 1.9.5) с оптико-механическим сканированием включает приемную оптическую систему 7, детектор ИК-лучей 2, сканирующую систему
3,обеспечивающую последовательный просмотр объекта по заданному закону, усилитель
4,систему развертки и синхронизации 5 и кинескоп 6.
Принцип действия тепловизора заключается в просмотре по заданному закону движения поверхности объекта узким оптическим лучом с угловым размером 5, сформированным системой объектив - приемник. Обзор происходит в пределах угла поля зрения (углы а и Р) за время Ту которое принято называть временем кадра. Угол 5 носит название мгновенного угла поля зрения.
Тепловизор позволяет выделять на тепловом изображении объекта области одинаковых температур с помощью изотерм, высвечивающихся на кинескопе. В нижней части кадра обычно формируется серая шкала, которая используется для измерения температуры. При этом яркость отдельных участков изображения объекта сравнивают с яркостью элементов
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]