Удосконалення конструкції та дослідження характеристик спеціалізованих пірометрів
Автор: Михайлов Віталій Віталійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні технології в приладобудуванні
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Михайлов В.В., науковий керівник Бойко Т.Г. Удосконалення конструкції та дослідження характеристик спеціалізованих пірометрів. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2022. Розширена анотація Зростання промислового виробництва супроводжується збільшенням кількості технологічних процесів з різним вимогам до температурних режимів сировини, матеріалів і роботи устаткування. Якість продукції та енергоефективність виробництва багато в чому визначаються коректністю вимірювання температури [1, 2]. Існує велика кількість методів і засобів температурних вимірювань, що відрізняються вартістю, експлуатаційними характеристиками, методами контролю та точністю [3, 4]. Особливе місце займають пірометричні методи і засоби, до переваг яких слід віднести безконтактність, високу швидкодію та роздільчу здатність, можливість визначення локальних температур на поверхні об’єкта контролю [5, 6]. Важливе значення мають пірометри для безконтактного вимірювання температури в низькотемпературному діапазоні від -30°С до 500°С [7, 8]. Об’єктом дослідження є процес вимірювання температури для завдань теплового неруйнівного контролю. Сферою дослідження є низькотемпературний тепловий контроль у промисловості з використанням пірометрів та їх метрологічне забезпечення. Мета роботи полягає у створенні спеціалізованих пірометрів нового типу, розробленні методик їх застосування і метрологічного забезпечення, що дадуть змогу зменшити похибки безконтактного теплового контролю. Робота присвячена розробці пірометрів з удосконаленою конструкцією для низькотемпературних технологічних процесів. Для цього виконано аналіз і обґрунтування доцільності створення спеціалізованих пірометрів для завдань теплового контролю у промисловості, зокрема для контролю температури електричних контактних з’єднань, теплових режимів у задачах триботехніки, виробництва асфальту, сипучих матеріалів та влаштуванні дорожніх покриттів, у задачах енергоаудиту тощо, а також проаналізовано сучасний стану забезпечення єдності вимірювань у пірометрії. В результаті аналітичного огляду проведено оцінку сучасного стану засобів теплового контролю для поставлених завдань та перспективи нових розробок, показано актуальність застосування пірометричних засобів теплового контролю. Зокрема встановлено, що на ринку відсутні універсальні випромінювачі, які забезпечують весь діапазон температурних вимірювань та оперативні засоби забезпечення однозначності теплового контролю. Запропоновано методики енергетичного розрахунку для вибору приймача випромінювання, обґрунтування вибору оптичної системи пірометра і обгрунтування впливу невизначеностей під час врахування коефіцієнта випромінювання та впливу температури довкілля на результати вимірювання. Ці методики використані для розробки діафрагмових пірометрів і пірометрів з малим показником візування з застосуванням промислових термоелектричних приймачів випромінювання. Показано, що розроблений спеціалізований пірометр діафрагмового типу може бути використаний для поставлених завдань теплового контролю, оскільки його покази не залежать від відстані до поверхні об’єкту вимірювання, а також усунуті похибки, пов’язані з забрудненнями оптичної системи. Обґрунтовано необхідність розробки калібраторів для метрологічного забезпечення у пірометрії. Аналіз методів врахування коефіцієнта випромінюючої здатності показав, що для введення поправки в пірометр на дійсний коефіцієнт випромінювання поверхні об’єкта контролю доцільно використовувати зразок ідентичного матеріалу з відомою температурою. Метод можна реалізувати у вигляді спеціалізованого пристрою – калібратора. Запропоновано застосувати такі калібратори на основі термопари. Досліджено ефективність застосування розробленого калібратора. Показано, що використання пірометра з вбудованим калібратором вирішує задачу врахування температурних змін коефіцієнтів випромінювання і в рази зменшує похибку температурного контролю. У ході виконання роботи сконструйовано дослідний зразок низько-температурного пірометра для контролю електричних контактних з’єднань з показником візування 1:240, що відповідає вимогам інфрачервоної діагностики електрообладнання і високовольтних ліній. Експлуатація пірометра в умовах експериментального стенду супроводжувалося контролем температури поверхні термопарою, а в покази пірометра вводилася поправка. В ході цього дослідження було визначено ефективний коефіцієнт чорноти ?еф = 0,187, близький до істинного при ТІ = 150оС. Економічні розрахунки підтвердили високий якісний рівень розробки. Дослідження розроблених засобів і методик теплового контролю підтвердили ефективність їх застосування для вимірювання температури тертя в трибодослідженнях, у виробництві асфальту та під час безконтактного теплового контролю електричних контактних з’єднань. Ключові слова: неруйнівний контроль, безконтактне вимірювання температури, метрологічне забезпечення, пірометр діафрагмового типу, пірометричний калібратор, приймач випромінювання, тепловізійний прилад, електричне контактне з’єднання, абсолютно чорне тіло. Список літературних джерел. 1. Zhang Y., Zhang Y., Lu R., Shu S., Lang X., Yang L. Investigation of the normal spectral band emissivity characteristic within 7.5 to 13?m for Molybdenum between 100 and 500°C // Infrared Physics & Technology. 2017. Vol. 88. P. 74 – 80. DOI:10.1016/ j.infrared.2017.11.017. 2. Boyko T., Ruda M., Stasevych S., Chaplyk O. The wind turbine and the environment interaction mode // Вимірювальна техніка та метрологія : міжвідомчий науково-технічний збірник. – 2021. – Вип. 82, № 4. – С. 51–60. 3. Jadin M.S., Taib S. Two-Color Pyrometer for Process Temperature Measurement During Machining // Journal of lightwave technology. 2016. Vol. 34, NO. 4. P. 1380-1386. DOI: 10.1109/JLT.2015.2513158. 4. Бойко Т. Г., Руда М. В. Кіберфізична система для оцінювання впливів вітроенергетичних установок на компоненти довкілля // Український метрологічний журнал. – 2021. – № 1. – С. 60–66. 5. Fu T., Liu J., Duan M., Zong A. Temperature measurements using multicolor pyrometry in thermal radiation heating environments // Review of Scientific Instruments. 2014. Vol. 85. 044901. DOI: 10.1063/1.4870252. 6. Araujo A. Multi-spectral pyrometry - a review // Measurement Science and Technology. 2017. Vol. 28. 082002. DOI: 10.1088/1361-6501/aa7b4b. 7. Стадник Б.І., Скоропад П.І. Аналіз основних проблем створення низькотемпературних теплових випромінювачів. Вимірювальна техніка та метрологія, вип.66, с.57-64, 2006. 8. Khan M. A. Noncontact temperature measurement / M. A. Khan, C. Allemand, T. W. Eagar // I Interpolation based techniques, Review of Scientific Instruments. — 1991. — Vol. 62, No. 2. — P. 392—402.