Пирометры серии ДИЭЛТЕСТ

До недавнего времени пирометрами отечественные предприятия снабжал Каменец-Подольский завод. Однако качество исполнения и, главное, технический уровень этих приборов были невысокими, а в сравнении с продукцией таких фирм, как АGEMA (Швеция) и MIKRON (США), они были и вовсе неудовлетворительными.

Поэтому в конце 80-х годов нами была начата разработка отечественного пирометра нового поколения. Основой для разработки был выбран Thermopoint-80 фирмы АGEMA, единственный в то время пирометр, электроника которого была выполнена на основе микропроцессора. Мы предполагали создать пирометр, с помощью которого можно было бы вести работы по диагностике состояния теплотрасс, поиску подземных "горячих озер", определять перегрев находящегося под нагрузкой высоковольтного энергетического оборудования. Кроме того, мы ставили перед собой задачу изготовить прибор, не уступающий прототипу не только по основным характеристикам, но и по функциональным возможностям, что предполагало изготовление нашего пирометра также на основе микропроцессора.  

 

Рис. 1       Первые Диэлтест’ы

 

В конце 1990 г. первые пирометры (рис.1) были изготовлены и переданы заказчику (Минэнерго). Однако финансовые возможности заказчика не позволили провести в полном объеме все предусмотренные работы, и исследования не были закончены, хотя в 1996 г. и был изготовлен запланированный длиннофокусный пирометр ДИЭЛТЕСТ-ТЭ/200 (рис.2).  

 

Рис. 2       Диэлтест-ТЭ/200

 

 

Рис. 3           Диэлтест-ТВ

 

До этого, в 1994 г., нами была завершена разработка и выпущен пирометр ДИЭЛТЕСТ-ТВ, предназначенный для широкого использования в металлургии и машиностроении (рис.3). По совокупности параметров это лучший отечественный пирометр для измерения температуры в диапазоне выше 500°С. Прибор выполнен в эргономичном пластмассовом корпусе, имеет малые габариты и вес (около 900 г). Инструментальная погрешность ДИЭЛТЕСТ-ТВ в нормальных условиях ниже, чем практически у любого из продаваемых в стране промышленных пирометров, в том числе и импортных, и, как правило, находится в пределах 0,5...0,8% от измеряемого значения. Прибор имеет и отличную воспроизводимость показаний - при температурах свыше 600°С она составляет всего 1...2°С. Кроме того, в отличие от аналогов как отечественного, так и импортного производства, объектив прибора допускает фокусировку на измеряемый объект. Благодаря этому у ДИЭЛТЕСТ-ТВ, в сравнении с другими приборами, в несколько раз снижена зависимость показаний от расстояния до объекта, а в диапазоне 0,7...4 м ее практически нет. Специально разработанная конструкция видоискателя позволяет четко фиксировать не только центр измеряемой области объекта, но и размер этой области, которая соответствует темному кружку в центральной части видоискателя.

Для удобства пользования индикатор пирометра размещен в поле зрения окуляра. Кроме того, отображение результатов производится светодиодным индикатором, что особенно ценно при работе в плохо освещенных цехах. К тому же, ДИЭЛТЕСТ-ТВ содержит в видоискателе поляризационный ослабитель, который снижает яркость изображения измеряемого объекта до удобной для глаза величины, а яркости его светодиодного индикатора вполне достаточно для считывания показаний как в полумраке, так и на хорошо освещенной площадке.

При разработке прибора особое внимание уделено снижению чувствительности ДИЭЛТЕСТ-ТВ к электрическим и магнитным полям, так как многие отечественные предприятия снабжены индукционными печами, работающими на переменном токе. Создаваемые этими токами магнитные поля нередко приводят к неработоспособности приборов вблизи печей или к искажению получаемых результатов. Это возникает из-за наличия в приборах дросселей, трансформаторов, а также прерывателей излучения – вращаемых микроэлектродвигателями дисков с прорезями, или небольших заслонок, перемещаемых при помощи электромагнитов. Учитывая сказанное, с конца 1996 г. ДИЭЛТЕСТ-ТВ выполняют вообще без каких-либо моточных изделий – дросселей, электродвигателей и т.д. Благодаря этому все неконтролируемые погрешности, вызываемые магнитными полями индукционных печей, в нем просто невозможны.

ДИЭЛТЕСТ-ТВ выполнен на основе самой современной элементной базы. При его создании использованы микросхемы мировых лидеров в области радиоэлектроники Analog Devices, Maxim, Linear Тechnology, Atmel, Philips. Использование новейших разработок этих фирм позволило создать прибор на основе всего семи микросхем, что резко повысило его надежность в сравнении с ранее разработанными пирометрами. Кстати, отличительной особенностью отечественных приборов является то, что в последние 3-5 лет по уровню схемотехнического развития они заметно превосходят импортные аналоги, поскольку у отечественных разработчиков цикл освоения новых микросхем значительно короче, чем у зарубежных ведущих фирм-производителей, таких как  AGEMA или MIKRON.

ДИЛТЕСТ-ТВ, как и все другие пирометры серии ДИЭЛТЕСТ, выполнен на основе микропроцессора, благодаря которому в модификациях с расширенными возможностями можно определить максимум, минимум, среднее значение в серии измерений, а также сохранить в памяти определенное количество результатов измерений. Кроме того, существует возможность их просмотра. Еще одна особенность ДИЭЛТЕСТ-ТВ – малое энергопотребление. Пирометр имеет три встроенных аккумулятора емкостью более 1,5 А/час. Полного их заряда достаточно для того, чтобы работать с ДИЭЛТЕСТ-ТВ без подзарядки аккумуляторов в тече­ние 5-дневной рабочей недели.

 

Основные параметры пирометров ДИЭЛТЕСТ-ТВ:

            Описанные выше дистанционные бесконтактные измерители температуры (пирометры) ДИЭЛТЕСТ-ТВ – не единственные пирометры типа ДИЭЛТЕСТ, выпускаемые в настоящий момент.

Обычно переносные приборы используются для экспресс-контроля. Однако во многих технологических процессах необходимо непрерывно контролировать температуру объектов в течение нескольких часов или даже суток. Для решения подобных задач применяют стационарные пирометры. Их основным отличием от переносных является наличие аналогового выхода (например, токового выхода 0…20 мА), соединяемого со входом регистрирующего самописца. Иногда такие пирометры включают в контур управления процессом, и в этом случае сигнал с аналогового выхода используется не только для регистрации, но и для регулирования температуры объекта.

Для решения подобных задач выпускаются стационарные пирометры модификаций ДИЭЛТЕСТ-ТВС. Для работы в диапазоне температур от 500 до 1800°С (или от 700 до 3000°С) рекомендуется использовать ДИЭЛТЕСТ-ТВС (рис. 4). Они выпускаются в круглых металлических корпусах с крепежными отверстиями на переднем фланце. На заднем фланце размещены органы управления и индикации, а также разъемы для подключения силового и сигнального кабелей. В обычном комплекте поставки ДИЭЛТЕСТ-ТВС работают от сети переменного тока 220 В, 50 Гц, однако при необходимости работы приборов в помещениях с повышенной опасностью возможна поставка приборов с питанием от имеющегося в распоряжении пользователя источника с напряжением 12 В.

 

Рис. 4        Диэлтест-ТВС

 

Круг задач, для решения которых предназначен ДИЭЛТЕСТ-ТВС, достаточно широк – это измерение температуры металлов при плавке и заготовок при литье, контроля температуры проката на станах, деталей в процессе термообработки, измерения температуры реагентов и катализаторов в химических реакторах.

Еще одной особенностью ДИЭЛТЕСТ-ТВС, выгодно отличающей его от аналогов, является наличие на задней панели пирометра цифрового индикатора, позволяющего производить отсчет температуры не только по шкале самописца или иного регистрирующего прибора, находящегося в операторной на расстоянии до 20 м от пирометра, но и по показаниям на индикаторе пирометра прямо на месте его установки. Последнее особенно удобно при установке и настройке прибора.

Наводка пирометра на объект осуществляется при помощи двух лазерных целеуказателей. Лазеры работают в пульсирующем режиме, благодаря чему повышается видимость их лучей на поверхности объекта. Оптические оси лазеров расположены параллельно оптической оси пирометра, поэтому на любом расстоянии от него до объекта центр измеряемой области последнего расположен точно между лазерными лучами.

 

Основные параметры пирометров ДИЭЛТЕСТ-ТВС:

Еще один переносной пирометр серии ДИЭЛТЕСТ, выпуск которого начался в 1998 г. – ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П (рис. 5). Это упрощенный вариант пирометра ДИЭЛТЕСТ-ТВ. Он выполнен в конструктиве пистолетного типа, с линзовой оптикой и различными вариантами визирной системы – прицельной планкой, лазерным целеуказателем и оптическим прицелом. В отличие от визира ДИЭЛТЕСТ-ТВ, визирная система ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П имеет небольшой параллакс (от 30 до 60 мм, в зависимости от типа визира), и это надо учитывать при наводке пирометра на объект. Также у ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П отсутствует возможность фокусировки объектива на измеряемый объект, что приводит к большей, чем у ДИЭЛТЕСТ-ТВ, зависимости показаний от расстояния до него.

 

Рис. 5           Диэлтест-ТВ2П

В остальном характеристики приборов очень близки. Также как и ДИЭЛТЕСТ-ТВ, ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П защищен от воздействия сильных электромагнитных полей, характеризуется высокой точностью измерений (типовое значение инструментальной погрешности измерений 0,7% от измеренного результата), хорошей воспроизводимостью показаний, крайне слабой зависимостью от изменения температуры окружающей среды, высоким быстродействием, длительным ресурсом работы – до 30 часов без подзарядки аккумуляторов. Кроме того, он отличается предельной простотой в эксплуатации, благодаря чему работать с ним может человек с любым уровнем образования. Малые габариты и вес (менее 1 кг) минимизируют утомляемость оператора во время длительной работы с прибором.

Круг задач, для решения которых предназначен ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П, достаточно широк – это измерение температуры металлов в печах и струи при разливе металла, контроль температуры деталей в процессе термообработки, экспресс-контроль температуры заготовок перед штамповкой и ковкой, температуры реагентов и катализаторов в химических реакторах, контроль температуры проката на станах, и т.д.

 

Основные параметры пирометров ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П:

 

Особую группу пирометров составляют так называемые пирометры спектрального отношения, или цветовые пирометры. В отличие от вышеперечисленных приборов, цветовые пирометры измеряют температуру объекта по отношению его мощности излучения в нескольких (чаще всего в двух) различных спектральных полосах. Например, стационарный пирометр ДИЭЛТЕСТ-СБ1 (рис. 6) регистрирует излучение от объекта на длинах волн вблизи 0,75 мкм и 0,95 мкм, и по их соотношению определяет температуру (в диапазоне от 1000°С до 3500°С). Показатель визирования прибора – 300:1, время измерения – 10 мс. В пирометре предприняты специальные меры по снижению инструментальной погрешности в нормальных условиях до уровня 0,3% от измеренного значения, что дает возможность использовать его в качестве средства измерения повышенной точности в заводских лабораториях и при проведении научных исследований. Пирометр снабжен визирной системой, позволяющей точно наводить его на объект измерения и контролировать размер измеряемого участка поверхности, и токовым выходом (0…20 мА), соединяемым со входом регистрирующего самописца.

 

Рис. 6        Диэлтест-СБ1

 

В сравнении с пирометрами типа ДИЭЛТЕСТ-ТВ, ДИЭЛТЕСТ-ТВ2П, и ДИЭЛТЕСТ-ТВС, иногда еще называемыми яркостными, пирометры спектрального отношения имеют ряд существенных преимуществ. Так, если при измерении температуры объектов яркостными пирометрами нам для получения достоверных результатов необходимо знать значение их излучательной способности (e), пирометры спектрального отношения не требуют знания e. Это значительно упрощает работу с ними, что особенно важно для предприятий, не обладающих специалистами высокой квалификации. Далее, пирометры спектрального отношения практически нечувствительны к наличию перед измеряемым объектом разнообразных защитных стекол. Например, установленный перед объектом экран из стекла К-8 толщиной 6…7 мм снижает показания яркостных пирометров примерно на 3…5%, в то время как пирометр спектрального отношения практически не чувствует наличие или отсутствие этого стекла (разность показаний менее 0,2%).

У пирометров спектрального отношения есть еще одно преимущество. Размер измеряемого им объекта может быть меньше пятна визирования прибора. Так, если показатель визирования пирометра равен 100:1, и плоскость, сопряженная с плоскостью приемника излучения, расположена на расстоянии 1 м от объектива прибора, то теоретическое пятно визирования на этом расстоянии составляет 1м/100=1см, а практическое – примерно в 1,5…2 раза больше. Последнее означает, что при помощи такого яркостного пирометра нельзя измерять температуру объекта, размер которого меньше 1,5…2 см. В то же время пирометр спектрального отношения с таким же показателем визирования позволяет измерять температуру объектов размером от 0,3…0,4 см.

В свете сказанного, применение пирометров спектрального отношения с практической точки зрения оказывается гораздо удобнее, чем яркостных. Но до недавнего времени уровень развития техники не позволял изготавливать компактные и надежные переносные пирометры спектрального отношения. Подобные приборы стали производиться лишь в последние 3-4 года. Первым отечественным переносным цветовым пирометром стал ДИЭЛТЕСТ-ТЦ. В нем в полной мере реализованы все преимущества пирометров спектрального отношения, о которых сказано выше. Внешний вид пирометра ДИЭЛТЕСТ-ТЦ приведен на рис. 7.  

 

Рис. 7        Диэлтест-ТЦ

 

Основные параметры пирометров ДИЭЛТЕСТ-ТЦ:

        

Далее будут рассмотрены пирометры серии ДИЭЛТЕСТ, предназначенные для измерения низких и средних температур (материал сейчас в процессе подготовки).

  (Статья написана в 2002 году)