Повышение точности оптико-электронных измерительных преобразователей температуры информационно-измерительных систем управления технологическими процессами

В высокотемпературных технологических процессах, именно в металлургии при производстве проката и труб, в машиностроении при производстве в нагретом состоянии крупногабаритных базовых деталей нефтегазового оборудования и атомных реакторов, одной из основных контролируемых величин является температура заготовки. Для контроля температуры изделий в технологических процессах в настоящее время широко используются оптико-электронные методы и средства (пирометры). Эти средства контроля реализуют бесконтактный метод измерения, что является их существенным преимуществом. Однако подобными методами производят измерения, основываясь только на потоке излучения нагретого объекта, т. е. косвенными методами. Значение потока излучения зависит не только от температуры объекта, но и от коэффициента излучения (КИ), который, в свою очередь, зависит от температуры, длины волны, состояния поверхности и ее обработки. Поэтому основным недостатком этих приборов является неопределенность коэффициента излучения поверхности материала, что ограничивает точность измерения температуры. Функциональные зависимости этого коэффициента излучения от температуры и длины волны определяются экспериментально и представлены в справочниках в форме графиков или таблиц. Причем графики зависимостей коэффициента от температуры и длины волны в справочниках представлены отдельно в двух координатных системах, что вызывает сложности их использования. При расчете преобразований сигнала в оптоэлектронном тракте пирометра используются спектральные характеристики элементов тракта: объектива, светофильтров, зеркал и фотоприемника, которые оказывают влияние на измеряемый поток излучения. Кроме того, спектральные характеристики элементов также заданы в справочниках в численной форме с некоторой погрешностью, и поэтому расчет преобразований сигнала может быть выполнен только численно, так же с некоторой погрешностью. Необходимо отметить, что промышленные пирометры нормируются по инструментальной погрешности измерения, а именно – потока излучения. Инструментальная погрешность приводится в технических характеристиках пирометра и составляет единицы градусов температуры. Коэффициент излучения задается ориентировочно в диапазоне значений 0,1-1, т. е. зона неопределенности составляет 0,9, что является источником методической погрешности, значительно превышающей нормированное значение погрешности. Поэтому на практике использование пирометра не позволяет измерять температуру с необходимой точностью, что может сказываться на качестве выпускаемой продукции. Таким образом, основной проблемой в пирометрии является точный учет коэффициента излучения контролируемой детали. Эта проблема существует с момента разработки и использования пирометров. История развития пирометрии в основном связана с разработкой технических средств обработки информации, которых разработано большое количество. Однако в большинстве случаев эти средства не обеспечивают точный учет коэффициента излучения контролируемой детали. Единственный метод, позволяющий уменьшить погрешность измерения – это метод спектральных отношений. Этот метод позволяет получить наибольший эффект при измерении температуры с постоянным коэффициентом излучения, т. е. серых тел. При реализации этого метода также разработано большое количество технических средств обработки информации, которые принципиально не решают проблему точного учета коэффициента излучения. Необходимо отметить, что в связи с развитием микропроцессорной техники проблем с разработкой устройств обработки информации не существует. По этой причине публикаций по пирометрии в настоящее время очень мало.