52536 KI. 42 i, 9/20 MKP GOI k t?/5Z UKD Opublikowano: 20.1.1967 T|.:iVjot^KA, Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Tadeusz Burakowski, mgr inz. JerzyjMuAta^yt^tojLlMijgjj Gizinski, mgr inz. Aleksander Sala, mgr Józef Sosnowski Wlasciciel patentu: Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa (Polska) Sposób pomiaru temperatury powierzchni metalu i pirometr do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób zdalnego pomiaru temperatury powierzchni metalu oraz pirometr przeznaczony do stosowania tego spo¬ sobu.Stosowane obecnie metody pirometryczne po¬ miaru temperatury mozna podzielic na trzy gru¬ py: pomiar calkowitego promieniowania, pomiar promieniowania monochromatycznego i pomiar promieniowania bichromatycznego.Przy pomiarze calkowitego promieniowania okresla sie temperature z wielkosci strumienia promieniowania w calym zakresie widma emito¬ wanego przez badana powierzchnie na detektor w okreslonym kacie brylowym.W metodzie monochromatycznej wykorzystuje sie jeden ustalony wycinek widma, najczesciej zakres czerwieni, i okresla sie temperature z po¬ równania jasnosci badanego zródla ze zródlem wzorcowym.W metodzie bichromatycznej wykorzystuje sie zazwyczaj zakres czerwieni i zieleni, przy czym zakresy te sa dobrane pod katem obecnych moz¬ liwosci ukladów optycznych.Przy projektowaniu i budowie pirometrów nie bierze sie pod uwage zagadnienia zmiany wspól¬ czynnika zdolnosci emisyjnej, który, jak to widac z wykresów przedstawionych na fig. 1 i fig. 2, rysunku jest zalezny i od dlugosci fali promie¬ niowania i od temperatury powierzchni ciala oraz od materialu, natomiast tylko w jednym punk- 10 15 20 25 30 cie, charakterystycznym dla danego materialu, nazywanym punktem „X* jest niezalezny od temperatury, a tylko od materialu. I tak na przy¬ klad w przypadku wolframu, fig. 1, dla dlugo¬ sci 2,3 mikrona wspólczynnik zdolnosci emi¬ syjnej przy 300°K wynosi okolo 0,09, przy 1300°K — okolo 0,15, a przy 2100°K — okolo 0,20, natomiast dla dlugosci fali okolo 1,27 mi¬ krona jest staly bez wzgledu na temperature; i wynosi 0,35. W przypadku renu, fig. 2, dla dlugosci fali 2 mikrony przy 1800°K wynosi 0,26, przy 2380°K — okolo 0,27, przy 3045°K — okolo 0,28, natomiast przy dlugosci fali 0,95 mikrona wspólczynnik jest staly i wynosi 0,365.Zalozenie, ze wspólczynnik zdolnosci emisyj¬ nej jest staly, jest przyczyna powaznych ble¬ dów pomiaru temperatur cial rzeczywistych za pomoca pirometrów obecnie stosowanych. Blacf ten, zwany teoretycznym, przekracza czesto swa wielkoscia bledy wynikajace z samej techniki po¬ miaru.W przypadku stosowania pirometrów opartych na sposobie pomiaru calkowitego promieniowania przy przyjeciu wspólczynnika zdolnosci emisyjnej równego 0,5 otrzymuje sie blad teoretyczny rze¬ du ± 20%. W przypadku pirometru monochro¬ matycznego blad teoretyczny wynosi srednio ± 4°/o, a dla pirometrów bichromatycznych moze dochodzic nawet do ± 50%.W odróznieniu od dotychczas stosowanych spo- 52 53652 536 3 sobów zdalnego pomiaru temperatury powierzch¬ ni metalu, w którym ustala sie dla pirometru staly wspólczynnik zdolnosci emisyjnej, sposób wedlug wynalazku opiera sie na pomiarze przy wykorzystaniu selektywnego, wlasciwego dla da- 5 nego ciala zakresu emisji, jak najbardziej zbli¬ zonego, w miare mozliwosci techniki optycznej, do pasma charakterystycznego, w którym znaj¬ duje sie punkt „X", charakteryzujacy sie stalo¬ scia wspólczynnika zdolnosci emisyjnej bez 10 wzgledu na temperature ciala.Osiaga sie tu przez dobór odpowiednich filtrów lub nastawe pryzmatu w zespole detekcyjnym, które z calego widma promieniowania emitowa¬ nego przez powierzchnie metalu przepuszczaja na 15 detektor tylko zadane pasmo, jak i przez dobra¬ nie wlasciwego filtru dla promieniowania zarów¬ ki z wlóknem wolframowym w zespole zródla wzorcowego, które na skutek tego przekazuje do zespolu porównujacego zawsze odpowiednie na- 20 tezenie promieniowania, przy czym ilosc energii jest scisle proporcjonalna do zdolnosci emisyj¬ nej wyrazonej wzorem Plancka niezaleznie od temperatury.Pirometr do zdalnego pomiaru temperatury po- 25 wierzchni metalu wedlug wynalazku przedsta¬ wiono schematycznie na fig. 3 rysunku.Sklada sie on z dwóch ukladów: ukladu de¬ tekcyjnego umieszczonego w zespole 2 i ukladu zródla wzorcowego umieszczonego w zespole 3, 30 które sa równolegle polaczone z zespolem porów¬ nujacym 4. Do zespolu porównujacego 4 dolaczo¬ ny jest zespól 5 stanowiacy uklad dla odczytu temperatury.W zespole 2, jako w ukladzie detekcyjnym, 35 znajduje sie filtr wzglednie zestaw filtrów lub ruchomy pryzmat. Elementy te sa dobierane lub regulowane w ten sposób, aby wybieraly z calego widma promieniowania tylko zakres w sasiedz¬ twie punktu „X" dla danego ciala 1, którego 40" temperature mierzy sie, oznaczany AXx. Regula¬ cje przeprowadza sie albo przez dobranie odpo¬ wiedniego filtru, wzglednie zestawu filtrów, albo tez przez odpowiednie przekrecenie pryzmatu tak, aby w otwór przeslony detektora podczerwieni 45 wpadal tylko strumien z widma w pasmie Aku.Pod wplywem tego promieniowania w obwodzie detektora powstaje prad elektryczny, który jest przekazywany do znanego zespolu porównujacego 4. Równiez do tego zespolu doprowadzony jest 50 prad z zespolu zródla wzorcowego 3. W zespole zródla wzorcowego 3 na drodze strumienia pro¬ mieniowania z zarówki, z wlóknem wolframo¬ wym, do detektora podczerwieni znajduje sie filtr przepuszczajacy jedynie promieniowanie w 55 pasmie o dlugosci fali odpowiadajacej punktowi „X" dla wolframu, wzglednie filtr podczerwieni przepuszczajacy promieniowanie w pasmie do¬ wolnym, ale zgodnym z dlugoscia fali punktu 4 charakterystycznego „X" dla materialu wlókna zarówki wzorcowego zródla promieniowania.W ukladzie porównujacym, który moze byc oparty o zwykly znany uklad mostkowy, naste¬ puje wyrównanie napiec i odpowiedni impuls zo¬ staje przekazany do znanego zespolu do odczyty¬ wania 5. Zespól ten posiada skale z podzialka- mi w °C.Sposób pomiaru temperatury powierzchni me¬ talu wedlug wynalazku pozwala na zmniejsze¬ nie bledu teoretycznego praktycznie do zera w zaleznosci od tego, jak wielka jest szerokosc widmowa pasma, w którym znajduje sie punkt charakterystyczny dla danego ciala, oznaczany punktem „X", w którym wspólczynnik zdolno¬ sci emisyjnej jest staly bez wzgledu na tem¬ perature ciala. PL