Пирометрия. Яркостные цветовые, радиационные пирометры.

Все физические тела, температура кото­рых превышает абсолютный нуль, испускают тепловые лучи. Средства измерения, определяющие температуру тел по их теп­ловому излучению, наз-ют пирометрами излучения или просто пирометрами. Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излучения, т. е. излучает волны всех длин, в диапазоне от 0 до . Видимое глазом человека излучение, называемое светом, охватывает диапазон длин волн 0,40—0,75 мкм. Невидимые лучи схватывают инфракрасный участок спектра, т. е. диапазон от l = 0,75 до l=400 мкм, за которым следует постепенный переход в радиоволновой диапазон.

Спектральная энергетическая светимость – поток испускаемого излучения при данной температуре с единичной поверхности в интервале длин волн. Полная – полная энергия излучаемае во всем диапазоне длин волн.

Интенсивность излучения зависит от длины волны и температуры тела (з-н Планка).

Реальные тела излучают меньшую энергию. Связь м-ду абсолютно черным и реальным телом – степень черноты: .

В зав-сти от метода измерения пирометры разделяют на яркостные, цветовые и радиационные.

Принцип действия яркостных основан на зав-сти от температуры интенсивности монохроматического излучения. Элемент сравнения – глаз оператора, который сравнивает интенсивность излучения измеряемого объекта и калиброванного источника. Пирометры с исчезающей нитью.

О – объект измерений, 1 – объектив, 2 – серый светофильтр, 3 – нить накаливания, 4 – красный светофильтр, 5 – окуляр. Шкала миллиамперметра отградуирована в знач.х яркостной температуры. Оператор наводит термометр на объект чтобы он был виден ч-з оптическую систему прибора. На фоне яркого объека видит нить накаливания. Увеличивая ток ч-з нить накаливания до тех пор пока интенсивность излучения нити не станет равной интенсивности объекта. По шкале прибора определяют яркостную термературу – температура абсолютно черного тела. Она всегда меньше истинной. Она тем больше отличается, чем меньше степень черноты. Т.к. реальные тела имеют различные степени черноты, то шкала атградуирована в знач.х яркостной температуры, а в документах на прибор приводятся знач. паправочного коэффициента.

При измерения высоких температур нить сильно раскаляется и происходит возгонка чего-то там, при этом надежность прибора понижается. Для увеличения срока службы при измерении высоких температур вводится серый светофильтр. Оптические пирометры применяют для измерения температуры от 300 до 6000 °С. Класс точности от 1,5 до 4%. «-»: субъективность – невозможность передачи результата на расстояние. Для их устранения были разраб. фотоэлектрические пирометры, в которых элемент сравнения – фотоэлемент, но они не получили большого распростр.ия из-за сложности и невысоких метрологических хар-тик.

Цветовые пирометры – измерения интенсивности излучения при двух длинах волн.

Тlмах= const – з-н смещения Вина. Зав-сти спектрального излучения от длины волны и температуры. lмах – длина волны, соответствующеая максимальной интенсивности излучения при данной температуре. При увелич. температуры lмах смещается в сторону меньших длин волн, lс – синий цвет, lк – красный.

Отношение интенсивностей изменения при lс и lк существенно зависит от температуры. При изменении температуры от 1000 К до 20 000 К отношение изменяется в 200 раз. Преимущества: показания практически не зависят от степени черноты. Если хар-тики объекта близки к хар-тикам абсолютно серого цвета.

Радиационные пирометры – измерения интенсивности излучения во всем диапазоне длин волн. Преимущества: могут измерять более низкие температуры от 50 С. «-»: показания существенно зависят от степени черноты, шкала градуируется в знач.х радиационной температуры Т=Тр/ .

Благодаря появлению высокочувствит. полупроводниковых сенсоров, разраб. пирометры, позволяющие измерять температуру от -50 С. Высокая чувствительность, хорошая погрешность ±0,5 С. «-»: сложность конструкции, высокая стоимость. Преимущества: возможность измерения температуры практически на любом расстоянии.

 

1.Предмет и задачи дисциплины «Автоматика, автоматизация и АСУТП»

Автоматика – раздел технической кибернетики изучающей вопросы управления, а также создания оптимального использования технических средств управления и регулирования

Управление – процесс воз-действия на объект с целью изменения его состояния для достижения поставленной це-ли, осуществляется регулято-ром

Технический объект – ма-шина, прибор, система

Виды автоматизации:

Частичная – когда автоматизируется отдельные виды операции, взаимно между собой не связанные.

Комическая – когда автоматизируются отдельные операции, связанные между собой механическими процессами.

Полная – когда автоматизируются основные, вспомогательные операции, а также процессы управления.

Автоматизация включает в себя:

1. Защиту

2. Сигнализацию

3. Блокировку

4. Авторегулирование

5. Авто контроль

6. Управление

Защита - отключение цепей или аппаратов при не рабочих режимах.

Сигнализация – для передачи сигнала о состоянии объекта.

Блокировка – взаимосвязь отдельных аппаратов во время их работы.

При нажатии К.П.

 

Автоматика-это отрасль науки и техники охватывающая территории и принципы построения системы технологическими процессами действий без непосредственного участия человека.

 

4. Классификация и структурные схемы САУ

Автоматические системы управления делятся по назначению на:

1. Автоматические системы контроля технологических параметров (АСК)

2. Автоматические системы сигнализации (АСС)

3. Автоматические системы регулирования (АСР или САР)

4. Автоматические системы управления технологическими процессами (АСУТП)

5. Автоматические системы управления роботизированными комплексами (АСУРК)

6. Автоматические системы управления предприятием

Различают два основные типа САУ – разомкнутый и замкнутый.

В разомкнутых САУ выходная величина ОУ y не измеряется. Существуют разомкнутые САУ, которые управляют только по заданному воздействию z (рис. 5.1, а) или только по возмущению v (рис. 5.1, б).

 

Рис. 5.1. Структурные схемы САУ

 

Если принять, что на объект управления действуют разные возмущения и только часть из них подчиняется управляющему воздействию УУ, тогда для более точного управления используют замкнутые системы (рис. 5.1, в, г). В них на вход УУ подают заданное воздействие z и выходную вел-ну ОУ y. УУ сравнивает заданное значение z с фактическим y, и в зав-сти от величины отклонения формируется сигнал коррекции U. На вел-ну отклонения влияет возмущение v. Если возмущение v непрерывно меняется, то существует большее или меньшее отклонение у от z, и вырабатывается непрерывно коррекция U (рис. 5.1, в).

САР в зав-сти от цели управления и характера изменения заданного воздействия делятся на стабилизирующие, программные и следящие.

Стабилизирующие САР поддерживают технологические переменные на постоянных значениях с заданной точностью. Если технологический процесс требует смен значений переменных по программе, согласно с технологическим регламентом, то используют САР, которые наз-ют программными. Задачи слежения за изменениями переменных и отображения значений выполняют следящие системы.

 

 

5 Методы математического описания САУ. Передаточная функция

Статическая модель описывает поведение системы в равновесном состоянии:

, (*)

где у – выходная величина, х – входная величина.

 

 

В общем случае функция (*) нелинейна, поэтому ее линеаризуют, раскладывая в ряд Тейлора в окрестностях рабочей точки:

 

 

Оставляя только линейные члены ряда можно записать:

 

где - коэффициент передачи объекта.

Если выходная величина объекта зависит от нескольких входных воздействий, то при линеаризации по методу малых приращений следует определять частные производные по всем воздействиям, а приращение выходной величины является суммой частных приращений входных воздействий, т.е:

 

где Δ x ₁, Δ x ₂, …, Δ x _n – приращения входных воздействий.