Пирометр Советский патент 1935 года по МПК G01J5/16 G05D23/22 

Предлагаемое изобретение касается пирометров с одним или несколькими заключенными в эвакуированную трубку термоэлементами, на которые действует измеряемая лучистая теплота. У таких пирометров наблюдается крупный недостаток, состоящий в том, что определяемые термоэлементом показания прибора зависят от факторов, переменный характер которых, вызываемый действием теплового излучения, передается самому термоэлементу, а это обстоятельство неблагоприятно отражается на точности и скорости измерения. Так, например, оказалось, что термоэлемент не достигает немедленно конечной установки, соответствующей измеряемому излучению, но что отклонение указателя измерительного прибора сначала перескакивает дальше показания, соответствующего этой конечной установке, и лишь затем постепенно возвращается к нему. Это легко приводит к неправильным отсчетам; кроме того указатель измерительного прибора требует продолжительного времени, чтобы прийти в свое окончательное положение.

Далее оказалось, что отклонение стрелки измеряющего термоток прибора,

(293)

наблюдаемое в начале измерения и вызываемое только нагреванием места спайки термоэлемента измеряемым излучением при возрастающем нагревании смежных с термоэлементом мест, в особенности же холодных мест спайки, сильно понижается. Отклонение стрелки может при этом вернуться почти до показания, соответствующего половине первоначального измеренного значения.

В основе предлагаемого изобретения лежит обнаруженное заявителями обстоятельство, что эти недостатки следует приписать главным образом тому, что теплое место спайки, подвергающееся непосредственно действию лучей, достигает своей конечной температуры быстрее, чем холодное место, к которому теплота подводится лишь постепенно и не прямым путем, и что, следовательно, термоэлемент нуждается в какой - то компенсации, которая обеспечивала бы равномерное воздействие температуры на холодные и теплые места спайки и тем уничтожала бы влияние указанного падения напряжения.

Изобретение заключается в том, что для достижения указанной цели, т. е. чтобы холодные и теплые места спаев термоэлемента достигали своей конечной температуры одновременно, термоэлемент заключен в металлический, снабженный лежащим против спаев термоэлемента отверстием капсюль, стенки которого расположены на некотором расстоянии от стенок колбы термоэлемента, и служащий для нагрева холодного места спая.

На прилагаемом чертеже фиг. 1 изображает разрез предлагаемого пирометра; фиг. 2 и 3 - формы выполнения.

На фиг. 1 представлено устройство, осуществляющее компенсацию термоэлемента и выравнивание результата измерения тем, что оно допускает переменное пропорционирование падающего в трубку пирометра пучка лучей. Как показано на чертеже, в трубке г пирометра перед термоэлементом t расположена допускающая перестановку диафрагма Ь, служащая для регулирования пучка лучей, попадающего через объектив о на место спайки I термоэлемента из измеряемого очага тепла. Эта диафрагма может быть снабжена постоянным отверстием и допускает перестановку в осевом направлении, например, путем ее поворачивания в снабженной внутренней винтовой резьбой части трубки пирометра, или же диафрагма может быть укреплена неподвижно и снабжена регулируемым отверстием. Это регулирование может достигаться, например, сменными вставками или же путем снабжения отверстия затвором ирисового типа.

На той же фиг. 1 показано еще другое устройство для пропорционирования пучка лучей. Термоэлемент снабжен металлическим капсюлем k с двумя отверстиями а VI с, лежащими по оси трубки пирометра. Таким образом, из числа тепловых лучей, входящих через объектив о, в капсюль и непосредственно на теплое место спайки термоэлемента попадает лищь конус лучей, определяемый величиной отверстия а. Остальные лучи нагревают капсюль, теплота которого с корпуса капсюля и токоподводящих проводов передается холодному месту спайки. Соответственным пропорционированием капсюля, в особенности отверстия а, можно, как показал опыт, достичь соверщенного выравнивания теплопередачи, так что теплые и холодные места спайки термоэлемента достигают своей конечной температуры одновременно и избегается отклонение указателя измерительного прибора дальше его конечного положения.

Если вставить капсюль в коробку пирометра таким образом, чтобы стенка капсюля не находилась в прямом сообщении со стенкой трубки, т. е. оставалась изолированной от нее, то достигается еш,е и то преимущество, что элемент предохраняется от воздействия колебаний внешней температуры, чем устраняется еще один источник погрешностей.

В изображенном на чертеже пирометре это достигается тем, что капсюль поддерживается оправой термоэлемента таким образом, что воспринимаемая им теплота передается только верхней части оправы, не находящейся ни в каком сообщении с самой коробкой и надлежащим образом изолированной от нижней части оправы, связывающей всю конструкцию с коробкой.

Хотя описанное устройство переставной диафрагмы в объективной части трубы п рометра становится излишним при применении последнего устройства, поскольку капсюль k с отверстием а исполняет по существу сам роль диафрагмы, обеспечивая пропорционирование действующего на термоэлемент пучка лучей, тем не менее такая диафрагма MOHieT быть оставлена в качестве добавочного средства и служить, например, для регулирования чувствительности элемента.

Если же желательно обойтись совсем без отдельной диафрагмирующей вставки для произвольного регулирования чувствительности, специальное действие диафрагмы b может быть переложено на капсюль k тем, что его отверстие а снабжается таким же переставным затвором, какой имелся у диафрагмы.

В то время как описанные выше устройства позволяют производить компенсацию термоэлемента лишь по желанию наблюдающего за работой пирометра лица, на фиг. 2 и 3 приведены два устройства, служащие для автоматического компенсирования появляющихся в термоэлементе неравномерностей.

Фиг. 2 изображает термоэлемент t-, заключенный внутри эвакуированнной трубки g. Он состоит из константановой проволоки 7 и хромоникелевой проволоки 2. Оба конца элемента припаяны к проволокам 3 и 4, а именно: к константановой проволоке 7 - никелевая проволока 3, а к хромоникелевой проволоке 2 - медная проволока 4. Проволоки 3 и 4 соединены с платиновыми проволоками 5 и 6 у места вплавления последних в трубку, а к этим платиновым проволокам присоединены провода 7 и 8, идущие к измерительному прибору т.

Место спайки проволок 7 и J, а также 2 н 4 генерируют при их нагревании электродвижущие силы, которые суммируются с электродвижущей силой термоэлемента под влиянием излучения. Они компенсируют таким образом спадание электродвижущей силы, возникающее при нагревании соседних с теплым местом спайки термоэлемента мест, в особенности же холодных мест спайки. Вследствие этого показания измерительного прибора остаются без изменения, пока не изменится тепловое излучение, действующее на термоэлемент.

При таком устройстве не исключена возможность некоторой инерции пирометра, так как при внезапном прекращении измеряемого излучения добавочные электродвижущие силы в первое время все еще остаются.

Эта возможность устраняется при устройстве, изображенном на фиг. 3. Общее устройство термоэлемента при этом по существу такое же, как и на фиг. 2. Обе поддерживающие проволоки 5 и , с которыми соединены плечи элемента 4, изготовлены из константана. Компенсация достигается при этом тем, что параллельно коленам /, 2 термоэлемента 4 включен реостат да, сопротивление которого повышается при возрастании температуры. Этот реостат рассчитан таким образом, что при повыщенной температуре окружающих термоэлемент мест сила тока, направляющегося в измерительный прибор, возрастает, тогда как ток, протекающий через самый реостат, уменьшается.

Компенсирующие устройства, изображенные на фиг. 2 и 3, имеют тот недостаток, что они не допускают дополнительного изменения или регулирования компенсационного фактора, так как компенсационные элементы помещены недоступно внутри пустотной трубки.

Термоэлемент может быть помещен в атмосфере газа с такой теплопроводностью и таким температурным коэфициентом, чтобы теплообмен между горячим местом спайки и окружающей средой осуществлялся главным образом путем теплопроводности в приблизительно линейной зависимости от температуры, причем давление газа выбирается столь низким, чтобы по возможности избегались конвекционные токи. Особенно подходящим оказался аргон. Вообще говоря, для применения пригодны газы, теплопроводность коих меньще теплопроводности воздуха, а температурный коэфициент приблизительно равен таковому для воздуха.

Если в тех случаях, когда температура коробки достигает весьма высоких значений или когда требуется особо большая точность, действие теплоизлучения проявляется в виде исключения сильнее, то обусловленная этим остаточная погрешность может быть компенсирована известным образом, например, при помощи чувствительного к температуре шунта.

Изобретение может быть применено в подходящих случаях также к таким приборам, при которых колебания температуры горячего места спайки используются лишь как средство указания каких-либо других изменений. В виде примера можно указать на измерение силы тока при помощи теплоты, выделяемой им при протекании через горячее место спайки термоэлемента.

Предмет патента.

1. Пирометр с термоэлементом и с расположенной перед последним диафрагмой, отличающийся тем, что с целью создания условий для достижения холодными и теплыми местами спая своей конечной температуры одновременно, термоэлемент заключен в снабженный лежащим против его спая отверстием металлический капсюль k, стенки которого расположены на некотором расстоянии от стенок колбы термоэлемента.

и служащий для нагрева холодного места спая.

2.Форма выполнения пирометра по п. 1, отличающаяся тем, что поддерживающие заключенный в заполненную разреженным газом колбу термоэлемент проволоки 3 л 4 выполнены из иных металлов, чем проволоки / и 2 термоэлемента, с тою целью, чтобы при нагревании их мест соединений получалась добавочная электродвижущая сила, компенсирующая падение электродвижущей силы термоэлемента (фиг. 2).

3.Форма выполнения пирометра по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что поддерживающие проволоки 3 и -# соединены между собою сопротивлением, при нагревании изменяющим свою величину так, чтобы сила проходящего к измерительному прибору тока увеличивалась по мере нагревания холодного спая (фиг. 3).

4. При пирометре по пп. 1-3 применение такого окружающего нагреваемый спай термоэлемента газа (напр., аргона), чтобы теплообмен между нагреваемым спаем и окружающей средой происходил главным образом путем теплопроводности в°приблизительно линейной зависимости от температуры.