工业用隐丝式光学高温计的结构概述
仪器网 · 2012-07-14 23:42 · 67428 次点击
亮度温度计可分为光学高温计和光电高温计两类。前者又分为工业用隐丝式光学高温计、恒定亮度式光学高温计、用于科学实验精密测试的精密光学高温计和用于量值传递的标准光学高温计。本书主要介绍工业用隐丝式光学高温计。
A工业用隐丝式光学高温计
工业用隐丝式光学高温计是一种典型的光谱辐射光学高温计,如工业用的WGGZ型系列和实验室用的WGJ-01型精密光学高温计。这种仪表结构简单,使用方便,测量范围广,但是却不能用于自动控制中,且由于它是依靠肉眼观测来确定灯丝隐灭的,因此主观性误差较大。测量800一3200℃物体表面亮度温度的工业用隐丝式光学高温计(以下简称高温汁)的工作距离为700、aomm。工作环境为:温度10-50.C,相对湿度不大于85%。高温计的测量范围和准确度等级应符合表2-22的规定。
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结构
WGG2型灯丝隐灭式光学高温计主要由光学系统和信号处理系统组成,其结构如图2-47所示。其光学系统包括物镜和目镜、高温计灯泡、红色滤光片和吸收玻璃.它们的设计必须满足两个基本条件:完全隐灭和亮度温度与测量距离无关。
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(1)物镜和目镜。由物镜1和目镜5组成的光学透镜系统相当于一架望远镜,用于保证必需的测量距离。工业用光学高温计规定的测量距离通常在700mm以上,而标准光学高温计规定的测量距离在lm以上。光学透镜系统均可调整且沿轴向运动。调整目镜5的位置可使观测者清晰地看到灯丝,调节物镜1的位置能使被测目标清晰地成像在灯丝平面上。此外,为了消除色差和像差,在高温计光学系统中还采用了一些平凸透镜和双凸透镜。
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2)测量下限较低。在被测对象处于较低温度,如800℃时,其光谱辐射以红光和红外区域为主。它们透过非红色滤光片的辐射能m很小,甚至无法通过。而使用红色滤光片则能通过较多的辐射能量。因此使用红色滤光片可以测量较低的温度,从而使光学高温计的测温下限有所降低。
3)易于“隐灭”。这主要是指容易进行亮度平衡。亮度平衡包括颜色平衡和能量平衡,两者缺一不可。使用红色滤光片进行亮度平衡的有利之处在于:在红光区域,肉眼辨别颜色的能力较高,不利于判别亮度平衡;在图2-48所示的较窄的波段内,肉眼观测到的颜色受被测对象温度变化小。
国产光学高温计配置的红色滤光片都采用HB-13型红色玻璃。在可见光谱区域内.这种玻璃的光谱透过率曲线具有良好的截止性。
(3)光学高温计灯泡。光学高温计灯泡是光学高温计的核心部件,又被称为标准灯。其重要性表现在以下两个方面:高温计的亮度温度是以标准灯泡电流形式记录与保存的;作为亮度比较的测量标准。因此,高温计的准确性和复现性在很大程度上取决于标准灯本身的稳定性和复现性。
通过灯泡灯丝的电流与它的亮度溢度成单值函数关系,电流越大,灯丝的温度越高,其亮度也越亮,其函数一般用级数形式表示,即
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式中了I—高温计标准灯灯丝的电流,A;
t—与I对应的灯丝亮度温度,℃;
a,b,c,d—常数,其值取决于标准灯。
为了提高标准灯的稳定性,应采取以下2个措施:
1)对标准灯进行充分的老化或退火。其目的在于使标准灯中的灯丝(钨丝)在高温下充分地完成最后的结晶。
2)严格控制高温计标准灯在1400℃以下的亮度温度范围内使用。当亮度温度超过140090时.灯丝会过热氧化或灯丝阻值发生变化,从而改变了温度和灯丝电流的关系;同时,灯丝开始升华而在玻璃泡上形成暗黑的薄膜,改变了灯丝亮度特性,造成误差。所以在测量140090以上温度时,应插人吸收玻璃,减弱被测物体的亮度,以确保在标准灯泡钨丝不过热的情况下增加高温计的测址范围。
(4)吸收玻璃。设被测物体的亮度温度T,高于1400cC,经过吸收玻璃后亮度减弱,设减弱后的亮度温度几低于140090,则吸收玻璃的减弱度定义为
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式中A—吸收玻璃的减弱度,℃-1’;
T,—被测物体未经吸收玻璃的亮度温度,℃;
TO—被测物体经吸收玻璃减弱后的亮度温度,℃。减弱度同有效波长一样,也是光学高温计的特征参数之一。由式(2-115)可见,吸收玻璃的减弱度A与辐射源的温度无关,是一个常数。这样,就可把光学高温计的量程拓展,如表2-23所示。
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(5)信号处理系统。信号处理系统由电源、可变电阻器、电测仪器或显示仪表组成。它们与高温计标准灯组成了一个直流电路,其作用主要包括以下3点:
1)向高温计标准灯提供电源;
2)调节标准灯电流,以进行亮度平衡;
3)在完成亮度平衡后,测量并读出标准灯的电流值。
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