Temperaturun öLÇÜLMƏSİ plan temperatur şkalaları və temperatur kəmiyyət vahidləri. Mexaniki kontakt termometrləri

Mühazirə 9, 10, 11.
KONTAKTSIZ TEMPERATURUN ÖLÇÜLMƏSI ÜSULLARI


PLAN
1. Qismən şüalanma pirometrləri;
2. Spektral nisbətlər (rənglər) pirometrləri;
3. Tam şüalanma (radiasiyalı) pirometrləri;
4. Teplovizorlar.
ƏDƏBİYYAT
1. 1. Чистофорова Н.В., Колмогоров А.Г. Технические измерения и приборы. Часть 1. Измерение теплоэнергетических параметров. Учебное пособие. – Ангарск. 2008 – 200с.

Qızmar cismin temperaturuna görə onun müxtəlif dalğa uzunluqlarına malik elektromaqnit dalğalar təsəvvüründə olan istilik şüalanmasının parametrlərinin dəyişməsi əsasında mühakimə yürütmək olar. Cismin temperaturu nə qədər yüksək olarsa o bir o qədər artıq enerji şüalandırır. İstilik şüaları bütün fiziki qızmar cisimlər tərəfindən buraxılır, 500...600^oC temperaturda insan gözü ilə görünən olan bu şüalar buraxılır və temperaturun yüksəlməsi ilə qızmar cismin işıq parlaqlığı (яркость свечения) dərhal yüksəlir.

Qızmış bərk cisim müxtəlif dalğa uzunluqlarına malik elektromaqnit dalğalarından ibarət tam-bütöv şüalanma spektrini buraxır. İşıq adlanan insan gözünün görə bildiyi elektromaqnit dalğaları eni 0,35mkm olan dar spektrli diapazona malik 0,40...0,75mkm dalğa uzunluğu olan şüalardır. Böyük dalğa uzunluğuna malik (≥ 0,75mkm) görünməyən şüalar şüalanma spektrinin 0,75...400 mkm diapazonunu əhatə edən infraqırmızı şüaları hissəsinə aiddir və bundan sonra infraqırmızı və görünən şüalar diapazonundan istifadə edilir. İş prinsipi istilik şüalanmalarının ölçülməsinə əsaslanan termometrlər-pirometrlər adlanır. Bu termometrlər 1000...6000^oC və hətta daha yüksək temperaturlara nəzarət etməyə imkan verir. Bu cihazların digər bir üstünlüyü də qızmış cismin temperatur mühitinin ona təsirinin alınmasıdır, yəni ölçmə prosesində cihaz və mühit birbaşa qarşılıqlı kontaktda olmur. Ona görə də bu üsul kontaktsız adlanır.
Kontaktsız üsulla temperatur ölçü cihazları, yəni məsafədən ölçü cihazları digər cihazlarla (kontaktlı t-tur ölçü cihazları ilə müq-də) müqayisədə aşağıdakı üstünlüklərə malikdir:
1) prinsipial olaraq qeyri-məhdud yuxarı temperatur ölçmə hüduduna malik olması;
2) pirometrdən kifayət qədər məsafədə olan şüalandırıcının temperaturunun ölçülməsi imkanına malik olması;
3) ölçmə obyektinin temperatur sahəsinin qiymətini sürüşdürmür;
4) böyük sürətlərdə qaz axınlarının temperaturlarının ölçülməsində də tətbiq edilə bilər.
Şüalanma qanunları əsasında aşağıdakı tip pirometrlər yaradılmışdır:
1. Qismən şüalanma pirometrləri (QŞP) -süzgəclə (yaxud qəbuledici ilə) spektrin hissəsində məhdudlaşan enerjinin ölçülməsində istifadə edilir;
2. Spektral nisbətən pirometri (SNP) -götürülən (fiksasiya) spektr hissəsinin enerjiləri nisbətlərini ölçür;
3. Toplam şüalanma pirometrləri (TŞP) -tam şüalanma enerjilərinin ölçülməsində istifadə edilir.
Aşağıdakı tiplər səciyyəvidir: parlaqlıq, işıqlıq və radiasiya temperatur pirometrləri.
Real cismin parlaqlıq (яркостнай) temperaturu T_p o temperaturdur ki, mütləq qara cismin spektral şüalanma selinin sıxlığı həmin dalğa uzunluğundakı real cismin həqiqi T_h temperaturundakı spektral şüalanma selinin sıxlığına bərabər olur.
Real cismin işıqlıq (цветовой) temperaturu T_iş o temperaturdur ki, həmin temperaturda mütləq qara cismin iki λ₁ və λ₂ dalğa uzunluqlarındakı şüalanma seli sıxlığının nisbəti həmin dalğa uzunluğundakı real cismin həqiqi T_h temperaturundakı şüalanma seli sıxlığı nisbətinə bərabər olur.
Real cismin radiasiya T₂ temperaturu o temperaturdur ki, həmin temperaturda mütləq qara cismin tam gücü həmin cismin həqiqi T_h temperaturundakı tam şüalanma enerjisinə bərabər olur.
► Qismən şüalanma pirometrləri -obyektin parlaqlıq temperaturunu ölçüb, optik (kvazimonoxromatik) və fotoelektrik pirametrlərə aiddir və dar dalğa uzunluqları diapazonunda axının (selin) enerjisini ölçür.
Bu qrupa aid ən geniş yayılmış cihazitən saplı (telli) kvazimonoxrametik pirometrlərdir (şəkil 1).
Bu kvazimonoxramatik pirametrlərin iş prinsipi iki cismin monoxramatik şüalanmalarının parlaqlıqlarının nisbətinə əsaslanır: etalon cisim və temperaturu ölçülən cisim. Etalon cisim keyfiyyətində adətən közərən lampa telindən istifadə edilir ki, onun da şüalanmasının parlaqlığı nizamlanır.
Pirometr linzalı obyektivə 1 və linzalı akulyara 4 malik teleskopik boru təsəv-vüründədir. Teleskopik borunun daxilində linza fokusunda közərmə (nakalivaniya) lampası 3 -nala bənzər telli olmaqla yerləşir.

Şəkil 1. Kvazimonoxramatik (optik) itən telli pirometrin prinsipial sxemi:

1 – linza; 2 – uducu işıqfiltr; 3 – közəm lampası; 4 – okulyar linzası; 5 – qırmızı işıqfiltr;

6 – millivoltmetr; 7 – cərəyan mənbəyi; 8 – reostat.

Lampa 8 -reostatla 7 -cərəyan mənbəyi ilə qidalanır. Lampanın qidalanma zəncirinə 6 – millivoltmetr konstruktiv olaraq teleskopun borusu ilə birləşdirilir. Monoxramatik işıq almaq üçün okulyar qırmızı işıqsüzgəclə (5) təchiz edilir ki, bu süzgəc yalnız müəyyən dalğa uzunluqlu şüaları buraxır. Obyektivdə isə boz uducu işıq süzgəci 2 yerləşir ki, onun sayəsində ölçmə hüdudlarının genişləndirilməsi təmin edilir.

Obyektiv və okulyar teleskopik boruda ox boyu yerləşdirilə bilir ki, bunun sayəsində dərhal olaraq közərən cisim və telin təsvirini almaq olur. Optik sistemi ölçməyə hazırlayarkən boru cismə istiqamətləndirilir ki, bu zaman obyektivi cisim və telin aydın təsviri alınanadək hərəkət etdirmək mümkün olur. Cərəyan mənbəyini qoşub, reostatla teldəki parlaqlığı o həddədək nizamlayırlar ki, onun orta hissəsi işıqlandırılmış cisimlə qapanmır (не сольется). Bu momentdə millivoltmetrin şüalanmasında cismin temperaturu hesablanmış olur.
Pirometrlə ölçülən cismin həqiqi temperaturunun parlaqlıqdan asılılığı aşağıdakı düsturla hesablanır:

burada λ - monoxromatik şüalanmanın dalğa uzunluğudur;

C - Vin tənliyinin konstaktıdır;
E_λ - verilmiş dalğa uzunluğu üçün cismin qaralıq dərəcəsidir.
Pirometrin göstərişinin stabilliyi başlıca olaraq ölçü cihazı və lampanın xarakteristikasının sabitliyindən asılıdır.volfram W telli lampa çox uzun dövr ərzində əgər onun temperaturu 1400^oC-ni aşmırsa onda teldən keçən cərəyan şiddəti və parlaqlıq arasındakı asılılıq saxlanır. Temperaturun 1400^oC -dən yuxarı qızması W -ram telin tozlanmasına və onun müqavimətinin dəyişməsinə gətirir; atılan W lampanın kolbasının divarlarında çökür və tutqun qat əmələ gətirir. Bu səbəbə görə lampanın parlaqlıq xarakteristikası dəyişir. Ölçmə hüdudu boz işıq süzgəcinin daxil edilməsi ilə yüksəldilir və eyni dərəcədə bütün uzunluqlu dalğaların enerjisini udur. Boz işıq süzgəcinin şüşəsini elə optik sıxlıqda seçirlər ki, şüalandırıcının temperaturu 1400^oC -dən yuxarı olduqda közərmə lampası 1400^oC parlaqlıq temperaturunadək (≤1400^oC) qızmış olsun. Buna uyğun olaraq millivoltmetr iki şkala ilə: yuxarı -800...1400^oC temperaturları boz işıq süzgəcləri çıxarmaqla və aşağı boz işıq süzgəclərini daxil etməklə 1300^oC-dən yuxarı temperaturları ölçmək üçün, təchiz edirlər.
Cihazqayırma sənayesi itən telli daşınan pirometrləri müxtəlif konstruktiv tərtibatlarla 800^oC-dən bir neçə min ^oC temperaturların ölçülməsi üçün istehsal edir. Pirometrlər 0,65 yaxud 0,66 mkm -lik effektiv dalğa uzunluqlarında işləyir.
► Spektral nisbətlər (rənglər) pirometrləri öncədən seçilmiş iki dalğa uzunluğunda real cismin spektral energetik parlaqlıqlarının (SEP) nisbətindən təyin edilir, yəni pirametrin göstərişi funksionaldır f (E_λ/E_λ2).
Əksər hallarda real cisimlər üçün E_λ =f (λ) əyrisi müxtəlif temperaturlur üçün mütləq qara cisimlərlə tamamilə eynidir; odur ki, təcrübədə natamam şüalanmalara düzəliş aparmaq, tələb edilmir ki, bu da pirometlərin əsas üstünlüyüdür. İkinci vacib üstünlüyü isə radiasiyalı və parlaqlıq pirometrlərinə nisbətən ölçmə nəticələrinin ölçmə nəticələrinin ölçmə obyektinə qədər olan məsafədən asılı olmaması və mühitdə radiasiyanın udulmasından asılı deyildir. Rəng-işıq pirometrlərinin böyük hissəsinin konstruksiyası ölçülən cisimlərin iki dalğa uzunluğundakı energetik parlaqlıqlarının (biri digərinə çox da yaxın olmayan spektrlərin görünən hissəsi) nisbətinə əsaslanmışdır.
Ölçmə nəticələrinin müşahidəçilərin subyektiv xüsusiyyətlərindən asılılığından qaçınmaq üçün (işıq həssaslığı və gözün zəifləməsi) bu cihazlarda fotoelementlərdən istifadə edilir.
Ölçülən şüalanma mühafizə şüşəsindən 1 və obyektivdən 2 keçərək foto- elementə 4 düşür. Obyektiv və fotoelement arasında obtyürator 3 qondarılır ki, o da sinxron mühərriklə fırladılır. Obtyürator disk şəklində olmaqla iki yuvası vardır, onlardan biri qırmızı işıq süzgəci K ilə digəri isə göy rəngli C işıqsüzgəci ilə bağlanır. Beləliklə, otbyüratorun fırlanmasında fotoelement zaman -zaman uyğun spektral energetik parlaqlıqla (SEP) şüalanmaya məruz qalır. Fotoelementin spektral xarakteristikası temperaturdan asılıdır, odur ki, pirometrdə fotoelement termocütlə avtomatik nizamlanmaqla tutulur.

Şəkil 2. Fotoelementli spektral nisbətlər pirometrinin prinsipial sxemi:
1 – mühafizə şüşəsi; 2 – obyektiv; 3 – obtyürator; 4 – fotoelement; 5 – elektron
gücləndirici; 6 – loqarifmləmə qurğusu; 7 – millivoltmetr.
Elektrik cərəyanı, SEP-ə (spektral energetik parlaqlığa) proporsional olmaqla öncə elektron gücləndiricisi 5 ilə gücləndirilir və xüsusi elektron loqarifmləmə qurğusunda 6 sabit cərəyana vevrilir; sabit cərəyanın şiddəti 1T-dən asılıdır. Cərəyan şiddəti (loqarif. qurğ-nun) göstərən yaxud qeyd edən millivoltmetrlə 7 ölçülür.
Pirometrlə ölçülən cismin həqiqi temperaturu ilə işıq arasındakı asılılıq aşağıdakı düsturla təyin edilir:



burada _{ }, _{ }dalğa uzunluğu uyğun olaraq λ₁ və λ₂ olan dalğalar üçün
fiziki cismin qaralıq dərəcəsi
C - Vin tənliyinin konstaktıdır.
Pirometrlərin ölçmə hüdudu 300...2800^oC olur, yuxarı ölçmə hüdudunda fiziki cismin temperaturunun ölçülməsində əsas xətası ±1%-i aşmır.
► Tam şüalanma pirometrləri (radiasiyalı) -cismin radiasiya temperaturunu ölçür, odur ki, onları əksər hallarda radiasiya pirometrləri adlandırırlar. Bu pirometrlərin iş prinsipi Stefan -Bolsman qanunundan istifadəyə əsaslanmışdır.
Pirometr optik sistemlə (linza, güzgü) təchiz edilir ki, bunlarla qızmış cismin buraxdığı şüaların hər -hansı bir istilik qəbulediciləri ilə toplanmasına əsaslanır. İstilikqəbuledici adətən miniatür termoelektrik batareyası ilə təchiz edilir, eyni zamanda müqavimət termometri yaxud yarımkeçiricili rezistordan ibarətdir. Ölçü cihazı keyfiyyətində millivoltmetrlər, avtomatik potensiometrlər və tarazlaşdırıcı körpülərdən istifadə edilir.
Termobatareyalı pirometr (Şəkil 3) linzalı teleskop obyektivindən 1 və okulyar linzasından 2 ibarətdir. Linza şüalarının yolunda 1 diafraqma 3, obyektivin linzasının fokusunda -termoelektrik batareya 4 qondarılır.
TEÇ-nin işçi lehimi xaçşəkilli platin folqadan olan lövhəyə -platin qara ilə düşən şüaları yaxşı udması üçün örtülmüş olan lövhəyə birləşdirilir. TEÇ-nin sərbəst ucu slyudalı lövhəyə, birləşdirici naqillərdən klemmalar teleskopun gövdəsində yerləşdirilir. Okulyar linzanın önündə rəngli şüşə 5, pirometrin quraşdırılmasında gözü qorumaq üçün yerləşdirilir. Termobatareyanın işçi uclarının temperaturu 250^oC-ni aşmamalıdır. Şüaların sayını azaltmaq üçün (termobatareyaya düşən) diafraqma 3 qoyulur.

Şəkil 3. Şüşə balonlu termobatareyalı tam şüalanmalı pirometrlərin

prinsipial sxemi:
1,2 – linzalar; 3 – diafraqma; 4 – batareya; 5 – rəngli şüşə; 6 – millivoltmetr.
Linzanın materialının forması ölçülən temperatur intervalının və dərəcələnmə xarakteristikasını təyin edir. Flyuorit şüşə aşağı temperaturların ölçülməsini 100^oC –dən başlamaqla, kvars şüşələr isə 400...1500^oC, optik şüşə isə 950^oC və daha yüksək temperaturların ölçülməsini təmin edir.
Həqiqi temperaturun radiasiya temperaturundan asılılığı aşağıdakı düsturla hesablanır:

burada ε – bütün dalğa uzunluqları üçün fiziki cismin qaralıq dərəcəsi.

Qeyd olunan pirometrlərlə 100...3500^oC temperaturlar ölçülür. Əsas xətalar 1000, 2000 və 3000^oC temperaturlar üçün uyğun olaraq ±12; ±20 və ±35^oC təşkil edir.
Qeyd olunan çatışmamazlıqlara baxmayaraq geniş tətbiq edilir.
► Teplovizorlar -optik-elektron cihazların passiv tiplisidir, şüalanma spektrinin infraqırmızı diapazonunda işləyir.
Cədvəl 1. İnfraqırmızı şüalanma diapazonlarının alt diapazonları

Dalğa uzunluğu (mkm)	Altdiapazonların adları
0,76...1,5 1,50...5,5 5,6...25 25...100	İnfraqırmızı şüalanmalara yaxın Qısadalğalı infraqırmızı şüalar Uzundalğalı infraqırmızı şüalar Uzaq infraqırmızı şüalar

Teplovizorların iş prinsipi –infraqırmızı şüalanmanın elektrik siqnalına çevirməsinə əsaslanır, yəni burada bu siqnallar gücləndilir və avtomatik işlənir (emal edilir), sonra isə obyektin (termoqramın) istilik sahəsinin, vizual və kəmiyyətcə qiymətləndirilməsi üçün görünən təsvirinə çevrilir.

Teplovizor qurğusunun ümumi prinsipial sxemi aşağıdakı kimidir (Şəkil 4).

Şəkil 4. Teplovizorların struktur sxemi:

1 – linza; 2 – fotoqəbuledici; 3 – elektrongücləndirici; 4 – mikroprossesor;
5 – informasiyanın formalaşması bloku.
İnfraqırmızı şüalanma xüsusi linza sistemi ilə konstruksiya edilir (1) və fotoqəbulediciyə düşür (2); düşən şüalanma fotoqəbuledicinin elektrik xüsusiy-yətinin dəyişməsinə gətirir, registrasiya edilir və elektron gücləndiricidə gücləndirilir (3). Alınmış siqnal rəqəmsal emala uğradılır (mikropressor blokunda) və bu qiymət informasiya formalaşma blokuna (5) ötürülür -maye kristallik displeyə malik ekrana ötürülür. Bu blokda rəng politrası mövcuddur və hər bir siqnala müəyyən rəng verilir. Bundan sonra monitorun ekranında nöqtə görünür və onun rəngi gotoqəbulediciyə düşən infraqırmızı şüaların rəqəmsal qiymətinə uyğun gəlir. Skayner sistemi (güzgü) bütün nöqtələrdə ardıcıl nəzarəti cihazın görmə sahəsi hüdudunda aparmaqla nəticədə obyektin infraqırmızı şüalanması haqqında dörünən təsvir (mənzərə) alınır (ağ-qara yaxud rəngli).
Teplovizorların yüksək həssaslığı yüksək həssas yarımkeçirici şüalanma yarımkeçiricilərindən (antimonid -indium İnSb, civə-kadmiumtellur Hg-Cd-Te və s.) istifadə edilməsidir.