36. Приборы теплового контроля.

Тепловой контроль согласно ГОСТ 23483-79 основан на взаимодействии теплового поля объекта с термометрическими чувствительными элементами (термопарой, фотоприёмником, жидкокристаллическим термоиндикатором и т.д.) и преобразовании параметров поля (интенсивности, температурного градиента и др.) в параметры электрического или другого сигнала и передаче его на регистрирующий прибор. В зависимости от способа измерения температуры контролируемых объектов с помощью термочувствительных элементов методы и приборы теплового контроля разделяют на два класса: контактные и бесконтактные.Наиболее распространёнными в настоящее время контактными измерителями температуры, используемыми при оценке тепловых полей, являются: термопары, металлические и полупроводниковые сопротивления, термоиндикаторы.Термопарами можно измерить температуру лишь в относительно небольшом количестве заранее выбранных точек, и, следовательно, трудно определить области перегрева и локальные зоны резкого изменения тепловых потоков.Термопары и термосопротивления обладают значительной тепловой инерцией, приводящей к появлению динамической погрешности (при измерении быстроменяющихся тепловых полей). Несовершенство контактных методов и трудности реализации этих методов для ряда задач сделали необходимым развитие методов бесконтактного измерения параметров тепловых полей. Методы бесконтактного измерения температуры тел по их тепловому излучению называют методами пирометрии излучения. Средства измерений температуры тел по тепловому излучению принято называть пирометрами излучения рис. Пирометры применяются для измерения температур в очень широком температурном интервале - от отрицательных температур (-40^оС) до 6000^оС и выше.

Схема яркостного фотоэлектрического пирометра АПИР-С

Схема пирометра спектральных отношений

В современной практике теплового контроля кроме пирометров излучения, позволяющих измерять температуру в какой-либо одной точке контролируемого объекта, используются приборы, позволяющие исследовать тепловые распределения одновременно по всей поверхности этого объекта. Такие приборы называют тепловизорами. В основе работы всех приборов бесконтактной пирометрии лежат законы теплового излучения.

37. Системы прямой визуализации тепловых полей.

Тепловидение - это метод неразрушающего теплового контроля объектов, при котором тепловое изображение этих объектов, невидимое для человеческого глаза, преобразуют в видимое с помощью специальных устройств или систем - тепловизоров.

Первыми тепловизионными преобразователями явились эвапорографы. Принцип построения эвапорографов: тонкая мембрана помещена в камеру с перенасыщенными парами масла, вся система находится в тепловом равновесии. В состоянии равновесия скорость испарения паров масла с поверхности мембраны и скорость их конденсации на этой поверхности равны. Однако, если с помощью оптической системы создать на мембране изображение тепловой картины, равновесие нарушится. Если мембрана и плёнка масла на ней достаточно тонки, то при освещении плёнки белым светом будет наблюдаться интерференционные цвета. Эта картина, обусловленная различной степенью испарения летучей жидкости с поверхности мембраны, будет соответствовать распределению поглощённой мембраной тепловой энергии от объекта.

1 - входное окно из материала, прозрачного для ИК-лучей; 2 – откачная вакуумная система; 3 - мембрана из нитроцеллюлозы; 4 - золотая чернь; 5 - пары масла; 6 - входное стеклянное окно; 7 - источник белого света

Жидкие кристаллы холестерических соединений и термокраски наносят непосредственно на контролируемый объект. По этому признаку данный способ визуализации температурного распределения можно отнести к контактным методам температурного контроля. Его основное достоинство - простота.

Действие люминофорных преобразователей основано на эффекте теплового тушения свечения люминофора, возбуждаемого ультрафиолетовым излучением.

Работа преобразователей изображения с избирательным поглощением - эджеографов, основана на изменении прозрачности плёнок некоторых полупроводников в монохроматическом свете с определённой длиной волны в зависимости от температуры. Тепловой поток от исследуемого объекта проецируется оптической системой на тонкую плёнку аморфного селена. При этом происходит разогрев плёнки и смещение границы поглощения. При просмотре такой плёнки на просвет, освещая её светом с длиной волны, близкой к краю поглощения, можно получить изображение теплового поля исследуемого объекта.

1 - входное окно из материала, прозрачного в ИК-диапазоне; 2 - полупрозрачный слой хрома; 3 - плёнка селена; 4 - натриевые лампы; 5 - выходное стеклянное окно.

ИК-фотография. Этот способ позволяет получить видимое изображение теплового поля объекта. Однако область его применения ограничена спектральной чувствительностью фотографического материала.

Рассмотренные выше системы прямой визуализации тепловых полей преобразуют инфракрасное изображение в видимое без промежуточного формирования электрического сигнала. Это не дает возможности использовать их в качестве систем количественного анализа температурных распределений без дополнительного преобразования уже сформированного видимого изображения в электрический сигнал.