Профстандарт программиста бюджетного учреждения. Должностная инструкция — Программист. Повышение квалификации по профстандарту программиста
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
ВВЕДЕНИЕ
Температура оказывает влияние на многие процессы и реакции, протекающие в природе, осуществляемые в лабораториях и на промышленных предприятиях. Измерения температуры по оценкам специалистов составляют 50% от общего числа всех измерений на производстве. В частности, температура определяет протекание процессов, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования.
Температура - одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ, характеризующая степень нагретости тела. Это статистически формирующаяся термодинамическая величина, определяемая уровнем внутренней энергии тела, носителями которой являются атомы и молекулы. При этом температуру определяет их кинетическая энергия движения.
В этой работе я постарался собрать информацию, о современных методах измерения температуры. Как известно, их разработано очень большое количество. Одни из них являются универсальными, другие удобны в применении в определенных научных исследованиях и отраслях промышленности. температура люминесценция оптически термоиндикатор
Большая часть реферата посвящена именно люминесцентным методам измерения температуры, которые сейчас являются перспективными и очень востребованными. Они в определенных условиях имеют ряд преимуществ перед другими: в точности, быстроте, обратимости, устойчивости к внешним химическим, электромагнитным, физическим и другим воздействиям, экономичности.
Поэтому люминесцентные методы измерения температуры продолжают быстро развиваться и расширять области своего применения. Так как роль температурных и тепловых измерений в настоящее время очень велика, то данный реферат может быть полезным специалистам из многих отраслей промышленности и областей науки.
1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕРМОМЕТРИИ И ТЕОРИИ ЛЮМИНИСЦЕНЦИИ
1. 1 Способы измерения температуры
В отличие от других параметров, характеризующих состояние вещества, измерение температуры можно производить только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению. Например, такой физической величиной может быть объем вещества, давление, электрическое сопротивление или другой параметр, зависящий от температуры. При этом необходимо, чтобы изменение используемого параметра было связано с температурой функциональной зависимостью, близкой к линейной; эта связь должна наименьшим образом искажаться из-за воздействия других параметров процесса, точно и просто воспроизводиться при градуировании измерительного прибора.
Обычно, измеряемые температуры лежат в интервале от -273 до 3000 °С, поэтому для измерения температуры во всех возможных случаях необходимы разные средства и методы измерений, к которым в зависимости от поставленной задачи измерения выдвигаются существенно различные требования, касающиеся точности измерения. Все эти факты приводят к дополнительным трудностям при выборе метода измерения такого параметра как температура в конкретных производственных и лабораторных условиях.
Известные на данный момент способы измерения температуры можно поделить на две группы: контактные и бесконтактные методы. При использовании приборов первой группы (например, термопар, термоанемометров, акустических анемометров др.) приходится в той или иной степени принимать во внимание особенности теплообмена между объектом, термометром и внешней средой, так как контактные термометры непосредственно контактируют с объектом, что сильно влияет на результаты измерений, внося значительные погрешности.
При измерении температуры с помощью оптических методов (интерферометрический, оптико-голографический и др.) температурное поле объекта измерения не искажается. Кроме того, возникает возможность измерения температуры не в одной точке, а сразу по всему объему изучаемого объекта. Наряду с этим оптические методы не имеют инерционных погрешностей, что способствует проведению точных измерений мгновенных значений. Высокая чувствительность и точность измерений обусловливают применение оптических методов в изучении сложных процессов, сопровождающихся резкими колебаниями характеристик процесса.
1. 2 Понятие люминесценции
Люминесценция (от латинского lumen - свет и -escent - суффикс, означающий слабое действие), излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний.
Природные явления люминесценции - северное сияние, свечение некоторых насекомых, минералов, гниющего дерева - были известны с очень давних времен, однако систематически изучать люминесценцию стали с конца 19 века (Э. и А.Беккерели, Ф.Ленард, У.Крукс и другие). Интерес к исследованию свечения различных веществ привел В.К.Рентгена к открытию рентгеновских лучей, а в 1896 году А.Беккерель, занимавшийся изучением люминофоров, открыл явление радиоактивности. В установлении основных законов люминесценции, а также в развитии ее применений исключительное значение имели работы советской школы физиков, созданной С.И.Вавиловым.
Люминесценция может быть вызвана бомбардировкой вещества электронами и другими заряженными частицами, пропусканием через вещество электрического тока, освещением вещества видимым светом, рентгеновскими и гамма-лучами, а также некоторыми химическими реакциями в веществе.
Люминесценция наблюдается во всех агрегатных состояниях - в газах, в жидкостях и в твердых телах. Например, пары и газыO 2 , S 2 , Na 2 и т.д., соединения бензольного ряда, ароматические соединения, разные виды красителей, неорганические кристаллы с примесями тяжелых металлов, называемые кристаллофорами, являются люминесцентными веществами - люминофорами.
В отличие от равновесного теплового излучения, люминесцентное излучение не имеет равновесного характера. Оно вызывается сравнительно небольшим числом атомов, молекул или ионов. Под действием источника люминесценции они переходят в возбужденное состояние, и их последующее возвращение в нормальное или менее возбужденное состояние сопровождается испусканием люминесцентного излучения. Эти атомы, молекулы и ионы принято называть центрами люминесценции.
Элементарный процесс люминесценции состоит из двух этапов. На первом происходит возбуждение центра люминесценции, на втором -- его высвечивание при переходе из возбужденного состояния в основное или менее возбужденное. Энергия рождающегося на заключительном этапе фотона ровна, очевидно, разности энергий состояний, между которыми произошел соответствующий квантовый переход. Таким образом, центр люминесценции использует энергию возбуждения, преобразуя ее в энергию собственного излучения.
Длительность свечения обусловлена длительностью возбужденного состояния, которое, помимо свойств люминесцирующего вещества, зависит от окружающей среды. Если возбужденное состояние метастабильно, то время пребывания в нем частицы может достигать 10 -4 сек, что соответственно увеличивает и длительность люминесценции.
Люминесценцию, сразу прекращающуюся после окончания действия возбудителя свечения, называют флуоресценцией. Люминесценция, сохраняющаяся длительное время после прекращения действия возбудителя свечения, называется фосфоресценцией.
Флуоресценция обусловлена переходами атомов, молекул или ионов из возбужденного состояния в нормальное. Фосфоресценция обусловлена наличием метастабильных возбужденных состояний атомов и молекул, переход из которых в нормальное состояние затруднен по тем или иным причинам. Переход из метастабильного состояния в нормальное возможен лишь в результате дополнительного возбуждения, например теплового. Разграничение на флуоресценцию и фосфоресценцию является достаточно условным.
Люминесценция под действием света называется фотолюминесценцией, под действием бомбардировки электронами - катодолюминесценцией, под действием электрического поля -- электролюминесценцией, под действием химических превращений - хемилюминесценцией. Известны также триболюминесценция - свечение при трении некоторых веществ, кристаллолюминесценция - свечение, возникающее при механическом сжатии кристаллов, и ионолюминесценция - свечение при прохождении ультразвуковых волн через растворы некоторых веществ.
В зависимости от характера элементарных процессов, приводящих к люминесцентному излучению, различают спонтанные, вынужденные и рекомбинационные процессы люминесценции, а также резонансную флуоресценцию. Резонансная флуоресценция наблюдается в парах атомов и состоит в спонтанном высвечивании с того же энергетического уровня, на котором оказался излучающий атом при поглощении энергии от источника люминесценции. При возбуждении резонансной флуоресценции светом имеет место резонансное излучение, переходящее в резонансное рассеяние при увеличении плотности паров. Спонтанная люминесценция состоит в том, что под воздействием источника люминесценции вначале происходит возбуждение атомов (молекул или ионов) на промежуточные возбужденные энергетические уровни (Е 2 ) - Далее с этих уровней происходят излучательные, а чаще безизлучательные (рис. 1) переходы на уровни, с которых излучается люминесцентное свечение. Такой вид люминесценции наблюдается у сложных молекул в парах и растворах, у примесных центров в твердых телах.
Вынужденная (метастабильная) люминесценция характера тем, что под действием источника люминесценции происходит переход на метастабиль-ный уровень, а затем следует переход на метастабильный уровень, а затем следует переход на уровень люминесцентного излучения (рис. 2).
Примером является фосфоресценция органических веществ. Рекомбинационная люминесценция представляет собой рекомбинационное излучение, которое возникает при воссоединении тех частиц, которые были разделены при поглощении энергии от источника люминесценции (в газах - радикалы или ионы, в кристаллах - электроны и дырки).
Рекомбинационная люминесценция может происходить на дефектных или примесных центрах (центры люминесценции), когда дырки захватываются на основной уровень центра, а электроны - на его возбужденный уровень.
Закономерности люминесценции.
1. Правило Стокса: длина волны фотолюминесценции, как правило, больше, чем длина волны возбуждающего света. В более общей формулировке: максимум спектра люминесценции смещен в длинноволновую сторону от максимума спектра поглощения. С квантовой точки зрения правило Стокса означает, что энергия hv кванта возбуждающего света частично расходуется на неоптические процессы:
hv = hv люм + W, т.е. v люм < v или л люм > л,
где W - энергия, затраченная на различные процессы, кроме фотолюминесценции.
2. В некоторых случаях фотолюминесцентное излучение имеет в своем спектре длины волн, меньшие длины волны возбуждающего света (ан-тистоксово излучение). Это явление объясняется тем, что к энергии возбуждающего фотона добавляется энергия теплового движения атомов, молекул или ионов люминофора:
hv люм = hv погл + akT,
где а - коэффициент, зависящий от природы люминофора, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура люминофора. Антистоксово излучение проявляется все отчетливее оп мере повышения температуры люминофора.
3. Отношение энергии люминесценции к энергии, поглощенной в стационарных условиях люминофором от источника, возбуждающего люминесценцию, называется энергетическим выходом люминесценции.
Квантовым выходом фотолюминесценции называется отношение числа фотонов люминесцентного излучения к числу поглощенных фотонов возбуждающего света при фиксированной энергии последнего. Энергетический выход фотолюминесценции возрастает прямо пропорционально длине волны л поглощаемого излучения, а затем, достигая в некотором интервале при л макс максимального значения, быстро спадает до нуля при дальнейшем увеличении (закон Вавилова). С увеличением длины волны возбуждающего света растет число фотонов с энергией hv, содержащихся в данной энергии первичного излучения. Поскольку каждый фотон может вызывать появление кванта hv люм , то с увеличением длины волны происходит возрастание энергетического выхода при л макс объясняется тем, что энергия поглощаемых фотонов становится недостаточной для возбуждения частиц люминофора.
Согласно закону Вавилова квантовый выход фотолюминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света в стоксовой области (v возб > v люм ) и резко падает в области антистоксова излучения (v возб < v люм ).
Величины квантового и энергетического выхода сильно зависят от природы люминофора и внешних условий. Это связано с возможностью бе-зизлучательных переходов частиц из возбужденного в нормальное состояние, так называемое тушение люминесценции. Основную роль в процессах тушения играют столкновения второго рода, в результате которых энергия возбуждения переходит во внутреннюю энергию теплового движения без излучения. Имеет место также резкое уменьшение интенсивности флуоресценции при чрезмерно большой концентрации молекул люминесцирующего вещества, называемое концентрационным тушением. В этом случае из-за сильной связи между частицами невозможно образование центров люминесценции.
4. Интенсивность свечения для спонтанной и метастабильной люминесценции изменяется с течением времени по экспоненциальному закону:
где I - интенсивность свечения в момент времени t, I 0 - интенсивность свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции, - средняя продолжительность возбужденного состояния атомов или молекул люминофора.
Величина т имеет обычно порядок 10 -9 - 10 -8 сек. В отсутствие тушащих процессов т слабо зависит от условий и определяется в основном внутримолекулярными процессами.
5. Интенсивность рекомбинационного люминесцентного свечения изменяется с течением времени по гиперболическому закону:
где а и п - постоянные; величина а лежит в пределах от долей сек -1 до многих тысяч сек -1 ; , где I 0 - интенсивность рекомбинационной люминесценции в момент ее возбуждения; n заключено в пределах от 1 до 2.
В основе люминесцентных методов измерения температуры лежит температурная зависимость интенсивности люминесцентного излучения некоторых люминофоров, которое находит применение в различных датчиках измерения температуры и термопокрытиях.
2. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ
2 .1 Волоконно-оптические датчики
Волоконно-оптические датчики позволяют измерять многие характеристики лабораторных и промышленных объектов, в частности температуру. Не смотря на то, что их использование достаточно трудоемко, оно дает ряд преимуществ, использования подобных датчиков на практике: безиндукционность (т.е. неподверженность влиянию электромагнитной индукции); малые размеры датчиков, эластичность, механическая прочность, высокая коррозийная стойкость и т.д.
Для измерения температуры с помощью световодов, изготовленных из кварцевого стекла, особенно подходит так называемый эффект Рамана. Свет в стеклянном волокне рассеивается на микроскопически малых колебаниях плотности, размер которых меньше длины волны. В обратном рассеивании можно найти, наряду с эластичной долей рассеивания (излучаемое рассеивание) на одинаковой длине волны, как проникший свет, так и дополнительные компоненты на других длинах волны, которые связаны с колебанием молекул и, тем самым с локальной температурой (комбинационное Рамановское рассеяние).
Волоконно-оптические датчики
Волоконно-оптические датчики (так же часто именующиеся оптические волоконные датчики) это оптоволоконные устройства для детектирования некоторых величин, обычно температуры или механического напряжения, но иногда так же смещения, вибраций, давления, ускорения, вращения (измеряется с помощью оптических гироскопов на основе эффекте Саньяка), и концентрации химических веществ. Общий принцип таких устройств в том, что свет от лазера (чаще всего одномодового волоконного лазера) или суперлюминесцентного оптического источника передается через оптическое волокно, испытывая слабое изменение своих параметров в волокне или в одной или нескольких брэгговских решетках, и затем достигает схемы детектирования, которая оценивает эти изменения.
В сравнении с другими типами датчиков, волокно-оптические датчики обладают следующими преимуществами:
· Они состоят из электрически непроводящих материалов (не требуют электрических кабелей), что позволяет использовать их, например, в местах с высоким напряжением.
· Их можно безопасно использовать во взрывоопасной среде, потому, что нет риска возникновения электрической искры, даже в случае поломки.
· Они не подвержены электромагнитным помехам (EMI), даже вблизи разряда молнии, и сами по себе не электризуют другие устройства.
· Их материалы могут быть химически инертны, то есть не загрязняют окружающую среду, и не подвержены коррозии.
· Они имеют очень широкий диапазон рабочих температур (гораздо больше, чем у электронных устройств).
· Они имеют возможность мультиплексирования; несколько датчиков в одиночной волоконной линии может быть интегрировано с одним оптическим источником (см. ниже).
Сенсоры на основе брэгговских решеток
Волоконно-оптические датчики зачастую основаны на волоконных брэгговских решетках. Основной принцип многих волоконно-оптических датчиков в том, что брэгговская длина волны (т.е. длина волны максимального отражения) в решетке зависит не только от периода брэгговской решетки, но также от температуры и механических напряжений. Для кварцевых волокон изменение брэгговской длины волны на единицу деформации примерно на 20% меньше, чем растяжение, так как есть влияние деформации на уменьшение показателя преломления. Температурные эффекты близки к ожидаемым только при тепловом расширении. Температурные и деформационные эффекты могут различаться при использовании различных технических средств (например, при использовании эталонной решетки, которая не подвержена деформации, или применении различных типов волоконных решеток) так, что оба значения регистрируются одновременно. Для регистрирования только деформации, разрешающая способность достигает нескольких µе (т.е. относительное изменение длин порядка) при этом точность имеет тот же порядок малости. Для динамических измерений (например, акустический явлений), достигается чувствительность большая чем 1 ме в 1 Hz полосы пропускания.
Распределенное зондирование
Другие оптоволоконные датчики не используют волоконные брэгговские решетки как сенсоры, используя в качестве сенсоров само волокно. Принцип зондирования в них основан на эффекте Рэлеевского рассеяния, Рамановского рассеяния или рассеяния Бриллюэна. Например, метод оптической рефлектометрии временной области, где положение области со слабым отражением может быть определено с использованием импульсного зондирующего сигнала. Этот метод используется также для определения других величин, например температуры или напряжения в зависимости от сдвига частоты Бриллюэна.
В некоторых случаях, измеряемая величина является средним значением по всей длине волокна. Этот метод характерен для некоторых температурных датчиков, а также для интерферометров, основанных на эффекте Саньяка, применяемых в качестве гироскопов. В других случаях измеряются позиционно-зависимые величины (например, температура или напряжение). Это называется распределенным зондированием.
Квази-распределенное зондирование
Определенные волокна могут содержать серию решеток сенсоров (см. выше) для мониторинга температуры и распределения деформации по всему волокну. Это называется квази-распределенным зондированием. Существуют различные технические решения для адресации только к одной решетке (и таким образом точного определения положения вдоль волокна)
В одном способе, называющимся мультиплексирование с разделением по всей длине волны (WDM), или оптической рефлектометрии в частотной области спектра (OFDR), решетки имеют немного различающуюся брэгговскую длину волны. Длина волны перестраиваемого лазера в блоке интегрирования может быть настроена на длину волны, принадлежащую к определенному типу решетки, а длина волны максимального отражения указывает на влияние деформации или, например температуры. Кроме того широкополосные источники света источники света (например суперлюминесцентные источники) могут быть использованы совместно со сканирующим длину волны фотодетектором (например на основе волоконного резонатора Фабри-Перо) или на основе CCD спектрометра. В любом случае, максимальное количество решеток, как правило, не превышает 10-50, что ограничено диапазоном настройки пропускной способности источника света и необходимой разностью длин волн в решётках волокна.
Другой метод, называемый временным разделением каналов (TDM), использует идентичные слабоотражающие решетки, в которые посылаются короткие световые импульсы. Отражение от различных решеток регистрируют посредством времени их поступления. Временное разделение каналов (TDM) часто используют вместе с разделением по всей длине волны (WDM) для того, чтобы умножить число различных каналов в сотни или даже тысячи раз.
Другие подходы
Помимо выше описанных подходов, есть много альтернативных методов. Вот некоторые из них:
· Волоконные брегговские решетки могут быть использованы в интерференционных оптических волокнах, где они используются только в качестве отражателей, и измеряют фазовый сдвиг, зависящий от расстояния между ними.
· Существуют лазерные брэгговские сенсоры, где датчик решетки располагается в последнем зеркале волоконно - оптического резонатора лазера, на основе волокна допированного эрбием, которое воспринимает свет накачки на длине волны 980 нм через волокно. Брэгговская длина волны, которая зависит, например, от температуры или механического напряжения, определяет длину волны генерации. Этот подход, который имеет много вариантов дальнейшего развития, обещает принести высокие результаты из-за узкой полосы спектральной области, которая характерная для волоконного лазера, и высокой чувствительности.
· В некоторых случаях, пары брэгговских решеток используются в качестве волокна для интерферометров Фабри-Перо, которые могут реагировать особо чувствительно на внешние воздействия. Интерферометр Фабри-Перо можно изготовить так же другим способом, например, используя переменный воздушный зазор в волокне.
· Длиннопериодные решетки особенно интересны для зондирования нескольких параметров одновременно (например, температуры и напряжения) или иначе, для альтернативного определения деформации при очень низкой чувствительности к температурным изменениям.
Области применения
Даже по прошествии нескольких лет развития, волоконно-оптические датчики до сих пор не пользуются большим коммерческим успехом, так как трудно заменить применяемые сейчас технологии, даже если они имеют определенные ограничения. Хотя в некоторых областях применения, волоконно-оптические датчики получают все большее признание, как технология с большим потенциалом интересных возможностей. Это, например, работа в жестких условиях, таких как зондирование в устройствах с высоким напряжением, или в СВЧ печах. Сенсоры на основе брэгговских решеток могут также быть использованы, например, для мониторинга условий, внутри крыльев самолетов, в ветровых турбинах, мостах, больших плотинах, нефтяных скважинах, и трубопроводах. Здания с встроенными волоконно-оптическими датчиками иногда называют «умными конструкциями», датчики в них осуществляют контроль деформации внутри различных частей конструкции, и получают данные об этих изменениях, например износе, вибрации и.т.д. Умные конструкции являются основной движущей силой для развития волоконно-оптических датчиков.
По материалам интернет-энциклопедии www.rp-photonics.com
2.2 Датчи к на основе теплового излучения
В качестве устройств для измерения температуры могут быть использованы волоконно-оптические датчики на основе теплового излучения, сущность которых состоит в следующем. Изучаемое вещество при температуре большей 0 К вследствие тепловых колебаний атомов и молекул испускает тепловое излучение. Энергия излучения увеличивается по мере повышения температуры, а длина волны, на которой излучение максимально, уменьшается. Соответственно для определения температуры можно использовать формулу Планка для энергии теплового излучения черного тела на фиксированной длине волны или в диапазоне волн.
Основным преимуществом данного способа является возможность бесконтактного измерения высоких температур. В зависимости от диапазона измеряемых температур выбирают световые детекторы и оптические волокна. Область измерения температур для волоконно-оптических датчиков излучения находится в пределах от 400 до 2000 °С. При использовании оптических волокон, прозрачных для инфракрасных лучей с длиной волны 2 мкм и более, можно осуществлять измерение и более низких температур.
2.3 Датчик на основе п оглощения света полупроводником
Известны также волоконно-оптические датчики, работа которых основана на оптических свойствах некоторых полупроводников. Используемый полупроводник имеет граничную длину волны спектра оптического поглощения. Для света с более короткой длиной волны, чем у проводника, поглощение усиливается, причем по мере роста температуры граничная длина волны отодвигается в сторону более длинных волн (около 3 нм/К). При подаче на полупроводниковый кристалл луч от источника света, имеющего спектр излучения в окрестности указанной границы спектра поглощения, интенсивность света, проходящего через светочувствительную часть датчика, с повышением температуры будет падать. По выходному сигналу детектора, указанным методом можно регистрировать температуру.
Используя данный метод можно мерить температуру в интервалеот 30 до 300 °С с погрешностью ±0,5 °С.
2 .4 Датчик на основе флуоресценции
Данный датчик устроен следующим образом. На торец оптического волокна светочувствительной части нанесено флуоресцентное вещество. Флуоресцентное излучение, возникающее под воздействием ультрафиолетовых лучей, проводимых оптическим волокном, принимается этим же волокном. Температурный сигнал выявляется путем вычисления отношения соответствующих значений интенсивности флуоресцентного излучения для сигнала с длиной волны, сильно зависящего от температуры к интенсивности сигнала с другой длиной волны, слабо зависящего от температуры.
Область измеряемых температур таким датчиком находится в пределах от -50 до 200° С с погрешностью ±0,1 °С.
3. ТЕРМОПОКРЫТИЯ
3.1 Общие сведения о термопокрытиях
Необходимость получения информации о поле температур на поверхности объектов сложной геометрической формы привела к появлению новых методов измерения температуры. В частности, в последнее время особое внимание уделяется разработке различных термических покрытий на основе специальных красителей, наносимых на изучаемую поверхность, и позволяющих получить информацию по всему полю температур одновременно. Метод индикации температуры с помощью термочувствительных покрытий подкупает простотой, рентабельностью и широтой возможностей при измерениях.
Применение термочувствительных покрытий особенно эффективно для исследования распределения температуры в печах различного назначения, в том числе для обжига породы в производстве минеральных удобрений, в газовых и паровых турбинах и т.п. Основными потребителями являются промышленность стройматериалов, производство минеральных удобрений, турбостроение, электронная и авиационная промышленности. Наибольший интерес представляют многопозиционные цветовые термоиндикаторы. Патентные исследования с глубиной поиска 20 лет показали, что ведущими странами в разработке термоиндикаторов являются Великобритания, США, Франция, Германия, Япония. Обнаружено, что патентов на многопозиционные термоиндикаторы, которые служат для контроля температурных полей, не существует. Имеются патенты Германии, Великобритании, США на термоиндикаторы, имеющие один цветовой переход, которые нельзя использовать для контроля температурных полей, а лишь для определения температуры в конкретной точке.
Существует четыре основных типа термоиндикаторов:
а) композиции, изменяющие цвет при определенной температуре, называемой критической или температурой перехода;
б) композиции, плавящиеся при определенной температуре;
в) жидкокристаллические термоиндикаторы, в определенном интервале температур переходящие в жидкокристаллическое состояние, обладающее свойством при незначительном изменении температуры так изменять свою структуру, что падающий на них луч света разлагается и отражается с изменением цвета.
г) люминесцирующие композиции, яркость или цвет свечения которых зависит от температуры.
К первому типу относятся специальные покрытия, включающие термочувствительные пигменты.
Ко второму типу относятся карандаши, лаки, таблетки и т. п., содержащие компоненты, при плавлении которых они становятся прозрачными.
К третьему типу относятся люминофоры, которые либо «гаснут» при определенной температуре, либо яркость и цвет их свечения строго зависят от температуры.
По своим физико-химическим превращениям термоиндикаторы подразделяются на три группы: обратимые, необратимые и квазиобратимые.
К обратимым относятся термоиндикаторы, которые изменяя цвет при нагревании до температуры перехода или выше ее, восстанавливают первоначальную окраску при понижении температуры ниже критической.
Необратимыми являются такие, в которых при нагревании происходят необратимые процессы (химические или физические), в результате чего первоначальный цвет после последующего охлаждения не восстанавливается.
Квазиобратимыми называют термоиндикаторы, которые, изменяя свой цвет при нагревании до температуры перехода или выше, восстанавливают его при последующем понижении температуры постепенно под действием влаги. Они могут применяться многократно.
3.2 Покрытия, изменяющие цвет
Как правило, все лакокрасочные покрытия при нагревании изменяют первоначальную окраску (выцветают). Здесь можно сослаться на классическую работу С. И. Вавилова. Однако это нежелательное явление может быть использовано как термометрическое свойство. Конечно, не все вещества пригодны для индикации температуры. Термоиндикаторами являются лишь такие соединения, которые быстро и четко изменяют свой первоначальный цвет при критической температуре.
К термоиндикаторам предъявляются следующие требования: цвета покрытия до воздействия критической температуры и после него должны различаться; изменение цвета должно происходить в узком температурном интервале и температура перехода должна быть стабильной; изменение цвета должно происходить достаточно быстро (менее чем за 0,1 -- 1 сек); должно отсутствовать вредное влияние на объект измерения; происходящие превращения не должны сопровождаться выделением вредных газов.
По принципу действия термочувствительные покрытия можно подразделить на следующие основные виды: покрытия с химическим взаимодействием компонентов; покрытия, в которых происходит плавление компонентов; поверхностно-градиентные покрытия; термохромные покрытия.
Термоиндикаторы с химическим взаимодействием компонентов. Для этого типа термоиндикаторов изменение цвета пленок связано с изменением химического состава или строения кристаллической решетки термочувствительных пигментов (изменением кислотности, кристаллической структуры, прохождением реакций дегидратации, термического разложения и твердофазных).
Существуют термоиндикаторы, которые в процессе нагревания могут многократно изменять цвет; некоторые претерпевают до 12 изменений цвета. Для их изготовления используются смеси термочувствительных пигментов.
Существенный недостаток этих пигментов в том, что они вызывают коррозию металлов, на которые наносятся, так как эти металлы реагируют с йодидами, вытесняя ртуть. В связи с этим при их непосредственном нанесении необходимо защищать металлическую.поверхность или наносить их на ленты из ткани, бумаги, нержавеющей фольги и т. п., которые затем следует наклеивать на интересующий нас участок поверхности.
3.3. Термоиндикаторы плавления и на основе жидких кристаллов
Плавящиеся покрытия. Термоиндикаторы плавления представляют собой материалы, суспензированные в инертном растворителе или связующем. Их выпускают в виде термокарандашей (мелков), термолаков, термотаблеток. В качестве индикаторных материалов для низкотемпературных образцов применяются воск, стеарин, парафин, а для средне- и высокотемпературных-- соединения серы, цинка, свинца, меди и т.п.
Термокарандаши представляют собой термочувствительные цветные мелки, имеющие калиброванные точки плавления. При измерениях термокарандашом на исследуемую поверхность наносится риска, которая плавится при достижении поверхностью определенной температуры. Следует иметь в виду, что в процессе нагревания метки карандаша постепенно изменяют свой цвет. Однако в отличие от термочувствительных карандашей, изменяющих цвет при определенной температуре, изменение цвета этого вида карандашей не является сигналом о достижении поверхностью какой-то определенной температуры. Для термокарандашей плавления значение температуры может быть получено только при изменении агрегатного состояния (переходе от твердого к жидкому).
Термолак состоит из веществ, близких по своему составу к индикаторным веществам термокарандашей плавления. Эти вещества взвешены в химически инертном растворителе. Лак на поверхности образует шероховатое непрозрачное покрытие. При определенной температуре пленка плавится, образуя глянцевую цветную или прозрачную поверхность.
Термоиндикаторные таблетки (или порошок) того же состава, что и карандаши и лаки, помещаются на рабочую поверхность. Появление на линии контакта таблетки (порошка) с поверхностью признаков плавления свидетельствует о достижении поверхностью определенной температуры. Эти термоиндикаторы необратимы.
Термосвидетели. К этому виду индикаторов температуры относятся пластинки (кубики) из чистого металла либо из сплава с калиброванной температурой плавления. При определении температуры набор этих кубиков нанизывается на тугоплавкую проволоку, которая крепится в требуемой зоне. По мере достижения некоторого фиксированного значения температуры кубик плавится, свидетельствуя о том, что эта температура достигнута. Варьируя составом веществ, можно получить термосвидетели на весьма значительный температурный интервал. К термосвидетелям могут быть отнесены и специальные наклейки -- кусочки из пластмассы, которые чернеют в диапазоне температур 100--500° С. Точность, с которой можно фиксировать температуру с помощью этих наклеек, составляет Термосвидетели относятся к необратимым термоиндикаторам.
Поверхностно - градиентные покрытия. Этот тип термоиндикаторов составляют так называемые жидкие кристаллы. Некоторые органические соединения образуют жидкие кристаллы, которые одновременно обладают свойствами жидкости (большая текучесть, способность находиться в каплевидном состоянии) и твердого кристаллического тела (анизотропия).
В качестве термоиндикаторов могут быть использованы жидкие кристаллы стеринового ряда (холестерин). При изменении температуры на сотые доли градуса свет, отраженный от покрытия из жидких кристаллов, резко меняет спектральный состав.
Холестериновые жидкие кристаллы имеют винтообразную закрученную структуру; этим, видимо, объясняется их сильная оптическая активность.
Жидкие кристаллы бывают двух видов: кристаллы (к ним относятся и холестерины), вязкость которых близка к вязкости воды, и кристаллы, вязкость которых примерно в 10 раз больше. Жидкие кристаллы образуют органические соединения, молекулы которых имеют удлиненную палочкообразную форму.
Как правило, жидкие кристаллы-термоиндикаторы образуются сложными эфирами холестерина.
Но бывают термочувствительные жидкие кристаллы, не относящиеся к соединениям холестерина.
3.4 Люминесцентные покрытия
Люминесцирующими веществами -- люминофорами -- являются вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений.
Само слово «люминофоры» не связано с температурой («люмен» -- свет, «форос» -- несущий), однако у этого вида термоиндикаторов оказалось возможным использовать в качестве термометрического свойства нежелательную в общем случае зависимость некоторых их характеристик от температуры. Во-первых, изменение яркости свечения при постоянном возбуждении люминофора, причем эта зависимость может быть очень резкой. Например, смесь сульфидов цинка и кадмия, активированная серебром (ZnSCdS*Ag), изменяет свою эмиссионную способность на 20% при изменении температуры на 1 °С. Во-вторых, для каждого люминофора существует строго определенная температура, при которой он перестает светиться, причем для известных веществ диапазон температур очень широк. Например, для свинцовистого бария, активированного вольфрамом (ВаРЬ*W), эта температура равна минус 100° С, а для окиси алюминия, активированной хромом (синтетический рубин Al2O3*Сr), она достигает 1000°С. В-третьих, резкое изменение цвета свечения. Например, сульфид цинка, активированный марганцем (ZnS*Mn), светящийся при комнатной температуре голубым цветом, при температуре 90 °С излучает желтое свечение. В-четвертых, изменение цветового тона свечения. Эта зависимость имеет место для большой группы люминофоров.
Для индикации температуры, как правило, используются фотолюминофоры (возбуждение ультрафиолетовым и видимым светом), что связано с большей доступностью источника возбуждения. Оптимальным источником возбуждения является ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,365 мкм 2 .
Флуоресцирующими веществами, применяемыми в качестве термоиндикаторов, могут быть как органические красители, например, родамин
так и неорганические, например сернистый цинк или его смесь с сернистым кадмием.
Однако чаще для индикации температуры применяются вещества, обладающие фосфоресцирующими свойствами. Это высококристаллические материалы, которые обозначаются формулами типа MeR*A (МеR -- основа люминофора; А -- активатор). Например, кроме уже упомянутых выше веществ, для этих целей используются ZnS(48)CdS(52)*Ag(0,01)--смесь сульфидов цинка и кадмия, активированная серебром (в скобках приводится весовое содержание компонентов в процентах); ZnS(60)ZnSe(40) --сульфид цинка с cеленидом цинка; ZnS(60)ZnSe(40)*Ag(0,005) -- смесь сульфида цинка с селенидом цинка, активированная серебром; ZnS(60)ZnSe(40)*Сu(0,005) -- смесь сульфида цинка с селенидом цинка, активированная медью; ZnS(88)Сd(12)*Сu(0,008)--смесь сульфидов цинка и кадмия, активированная медью; ZnS*Ag(0,01)*Cu(0,005) --сульфид цинка, активированный серебром и медью; ZnS*Мn(0,06) --сульфид цинка, активированный марганцем. Варьируя состав базы люминофора и особенно активатор и его концентрацию, можно получить требуемую зависимость температуры от интенсивности свечения, цветового тона, а также критическое значение температуры, при которой люминофор перестает светиться или резко изменяет цвет свечения.
При возбуждении люминофора энергия поглощается как на уровнях активатора, так и в основном веществе люминофора. В первом случае происходит возбуждение электронов атома активатора. Возвращение их в основное состояние сопровождается излучением света с длиной волны, характерной для данного активатора. У этого типа люминофоров, называемого характеристическим, электронные переходы, связанные с поглощением и излучением энергии, происходят внутри иона активатора, который входит в кристаллическую решетку основы люминофора. Этот класс люминофоров характеризуется экспоненциальным законом затухания.
Во втором случае энергия, поглощенная в основе люминофора, передается ионам активатора. Процесс передачи энергии осуществляется переносом электронов и дырок, а излучение происходит в результате рекомбинации свободных электронов с любым центром свечения. Этот класс люминофоров характеризуется сложным законом затухания люминесценции. Первая кратковременная стадия процесса затухания происходит по экспоненциальному закону, а на дальнейшей стадии затухание продолжается по гиперболическому закону. В этой области интенсивность свечения зависит от температуры. Люминофоры являются обратимыми термоиндикаторами.
Люминоформы начали применять для индикации температуры в 50-е годы. Первые фотолюминесцентные пигменты были разработаны в Германии в 1940-- 1942 гг. В 1945 г. впервые оговорен был способ получения флуоресцентных пигментов в США. В последующие годы их разработка и производство развивались быстрыми темпами. В Англии и Франции люминофоры появились позже. Значительно развито производство люминофоров в Японии. Американская компания Eastman Kodak выпускает ряд люминофоров на достаточно широкий температурный интервал с высокой чувствительностью: при изменении температуры на 1 °C яркость свечения меняется на 20%. Американская фирма U.S. Radium выпускает люминофоры, перекрывающие диапазон температур 25-400 °С. Их чувствительность также высока. Например, Для одного из них, работающего в диапазоне 25--70 °С, 25%-ное падение яркости свечения соответствует изменению температуры на 1 °С.
Высокая чувствительность этого типа термоиндикаторов, их безинерционность является несомненным достоинством люминофоров. Однако по сравнению с другими приведенными типами они имеют существенные недостатки:
а) необходимость облучения покрытия ультрафиолетовым светом, что само по себе не вызывает трудностей, но требует наличия источника ультрафиолетового излучения;
б) необходимость поддержания постоянной интенсивности потока возбуждения, так как яркость свечения люминофора зависит от возбуждения;
в) необходимость фиксировать изменение свечения на пленке, поскольку люминофоры являются обратимыми термоиндикаторами, что также требует применения дополнительной аппаратуры.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленный в работе обзор информации по люминесцентным методам измерения температуры дает право утверждать, что эти методы являются перспективными и востребованными.
В основе люминесцентных методов измерения температуры лежит температурная зависимость интенсивности люминесцентного излучения некоторых люминофоров. На базе этого свойства и построена работа люминесцентных оптоволоконных датчиков и термопокрытий.
В сравнении с другими типами датчиков, волоконно-оптические датчики обладают рядом преимуществ. Это электрическая нейтральность, коррозийная стойкость, неподвержены электромагнитным помехам.
Хотя люминесцентные оптоволоконные датчики более сложные в использовании, но они дают более точные показания нежели другие виды датчиков.
Термопокрытия дают возможность получать информацию о поле температур на поверхностях сложной геометрической формы одновременно.
Этот метод очень широко применяется в авиационной и космической, химической и других отраслях промышленности. Термопокрытия достаточно просты в использовании и дают большую точность измерения(25%-ное падение яркости свечения может соответствует изменению температуры на 1 °С.), а также являются безинерционными, что является очень важной характеристикой при измерении температуры.
Из вышеприведенного обзора очевидна необходимость дальнейшей разработки и совершенствования технологий измерения температуры с использованием люминесцентных методов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамович Б.Г. Термоиндикаторы и их применение. - М.: Энергия, 1972.
2. Большая советская энциклопедия, (эл. версия).
3. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука,1976.
4. Линевег Ф. Измерение температур в технике. Справочник. Пер. с нем., М.: Металлургия, 1980
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методики, используемые при измерении температур пламени: контактные - с помощью термоэлектрического термометра, и бесконтактные - оптические. Установка для измерения. Перспективы применения бесконтактных оптических методов измерения температуры пламени.
курсовая работа , добавлен 24.03.2008
Основные шкалы измерения температуры. Максимальное и минимальное значение в условиях Земли. Температура среды обитания человека. Температурный фактор на территории Земли. Распределение температуры в различных областях тела в условиях холода и тепла.
доклад , добавлен 18.03.2014
Разработка и совершенствование технологий измерения температуры с использованием люминесцентных, контактных и бесконтактных методов. Международная температурная шкала. Создание спиртовых, ртутных, манометрических и термоэлектрических термометров.
курсовая работа , добавлен 07.06.2014
Средства измерения температуры. Характеристики термоэлектрических преобразователей. Принцип работы пирометров спектрального отношения. Приборы измерения избыточного и абсолютного давления. Виды жидкостных, деформационных и электрических манометров.
учебное пособие , добавлен 18.05.2014
Понятие и источники теплового излучения, его закономерности. Классификация пирометрических методов и приборов измерения температур. Устройство и принцип работы пирометра типа ОППИР-09, методика проведения его поверки, возможные поломки и их ремонт.
курсовая работа , добавлен 02.12.2012
Характеристика величины, характеризующей тепловое состояние тела или меры его "нагретости". Причина Броуновского движения. Прародитель современных термометров, их виды. Единицы измерения температуры, типы шкал. Эксперимент по изготовлению термоскопа.
презентация , добавлен 14.01.2014
Основные сведения о температуре и температурных шкалах, возможность проводить измерение. Использование на практике термометров и требования к средствам измерений, входящих в состав государственных эталонов соответствующих диапазонов температуры.
реферат , добавлен 27.03.2009
Общие положения теории люминесценции. Разгорание и затухание люминесценции. Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения, частоты, температуры. Действие на люминофоры инфракрасного излучения. Электрофотолюминесценция.
дипломная работа , добавлен 05.04.2008
Определение линейного теплового потока методом последовательных приближений. Определение температуры стенки со стороны воды и температуры между слоями. График изменения температуры при теплопередаче. Число Рейнольдса и Нусельта для газов и воды.
контрольная работа , добавлен 18.03.2013
Методика численного решения задач нестационарной теплопроводности. Расчет распределения температуры по сечению балки явным и неявным методами. Начальное распределение температуры в твердом теле (временные граничные условия). Преимущества неявного метода.
К атегория:
Термическая обработка
Приборы и методы измерения температуры
В высокочастотной технике чаще применяются электрические методы измерения температуры, хотя в некоторых случаях может оказаться целесообразным применение неэлектрических методов, и поэтому они заслуживают упоминания.
Вся область измерения температуры условно делится на две части - термометрию, включающую определение температуры до 500-600 °С приборами (термометрами), и пирометрию, охватывающую измерение более высоких температур приборами, называемыми пирометрами.
Различают пять групп приборов для измерения температуры со следующими верхними пределами их применения:
— термометры расширения – 550 °С
— манометрические термометры – 550 °С
— электрические термометры сопротивления – 500 °С
— термоэлектрические пирометры – 1600 °С
— пирометры излучения (включая фотопирометры, для которых верхний предел практически не ограничен) – 2000 °С
Термометры расширения. Примером термометров расширения могут служить жидкостно-стеклянные термометры, широко применяемые для измерения температур в пределах от -80 до -(-500 °С - в случае изготовления из специального термометрического стекла и до +700 °С - при изготовлении из плавленого кварца.
Принцип действия жидкостно-стеклянных термометров основан на тепловом расширении жидкости, называемой обычно рабочим веществом термометра. В качестве рабочего вещества применяют ртуть, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир, пентан и др.
Ртутные термометры обладают рядом преимуществ перед термометрами с другими жидкостями. Так, ртуть не смачивает стекла, что увеличивает точность отсчета показаний, имеет меньшую теплоемкость по сравнению с органическими жидкостями примерно в 12 раз, благодаря чему ртутные термометры менее инерционны.
Для целей технологической сигнализации и для применения в простейших схемах регулирования температуры изготовляются контактные ртутные термометры.
Различают термометры одноконтактные и двухконтактные. Первые обеспечивают замыкание электрического. контакта на фиксированной отметке шкалы, вторые - на любой отметке.
В цепи контактных термометров при 3-4 включениях в минуту допускается максимальный переменный ток, равный 1 а при напряжении 6 в.
К недостаткам жидкостно-стеклянных термометров следует отнести их хрупкость, невозможность дистанционной передачи показаний, большую термическую инерцию и затруднительность отсчета показаний из-за нечеткости шкалы и плохой видимости столбика жидкости в капилляре.
К термометрам расширения относятся также дилатометрические и биметаллические термометры.
Принцип действия дилатометрических и биметаллических термометров основан на изменении линейных размеров твердых тел в зависимости от изменения их температуры.
Термометры, основанные на расширении твердых тел, для измерительных целей используются сравнительно редко. Шире применяются температурные реле, основанные на этом принципе, имеющие своим назначением электрическую сигнализацию предельных температур, а также работу в схемах автоматических регуляторов температуры. Биметаллические термометры используются, кроме того, как компенсаторы влияния температуры в некоторых измерительных приборах.
Манометрические термометры. Манометрические термометры являются техническими приборами для измерения температуры в пределах от -50 до +550 °С в различных областях техники. Они имеют основную погрешность измерения, не превышающую + 1,5%.
Устройство манометрического термометра показано на рис. 1. Прибор состоит из термобаллона, погружаемого в среду с измеряемой температурой, капилляра и показывающего прибора, устройство которого не отличается от устройства обычного манометра. Герметически закрытая система, состоящая из термобдллона, капилляра и трубчатой пружины манометра, заполнена рабочим веществом, например, азотом. При нагревании термобаллона давление азота внутри системы увеличивается и трубчатая пружина несколько выпрямляется. Движение конца пружины вызывает поворот стрелки, указывающей на шкале прибора измеряемую температуру.
Манометрические термометры выполняются показывающими и самопишущими. Производятся также контактные манометрические термометры для целей электрической сигнализации предельных температур.
Преимуществами манометрических термометров по сравнению с жидкостно-стеклянными являются возможность автоматической записи показаний, возможность установки вторичного прибора на некотором расстоянии от места измерения благодаря наличию длинного (до 60 м) гибкого капилляра, соединяющего его с первичным прибором (термобаллоном), а также большая механическая прочность.
Общим недостатком этих приборов является большая термическая инерция и трудности ремонта при нарушении герметичности системы.
Термометры сопротивления. Термометры сопротивления представляют собой устройство, состоящее из тепловоспринимающей части, электроизмерительного прибора и источника тока.
Рис. 1. Манометрический термометр: 1 1 - термобаллон; 2 - капилляр; 3 - трубчатая пружина
Действие этого устройства основано на свойстве металлов увеличивать свое электрическое сопротивление при повышении температуры, вследствие чего изменяется ток в цепи, составленной из тепловоспринимающей части, источника тока и измерительного прибора. Тепловоспринимающая часть, или чувствительный элемент, термометра сопротивления представляет собой тонкую проволоку, намотанную на каркас из изоляционного материала. Длина чувствительного элемента термометра сопротивления составляет несколько сантиметров, и поэтому он измеряет температуру не в отдельной точке, а некоторую среднюю температуру тех слоев среды, которые находятся в области его расположения.
Электроизмерительными приборами, работающими в комплекте термометра сопротивления могут служить:
а) уравновешенный измерительный мост (простой или автоматический;
б) неуравновешенный измерительный мост;
в) логометр.
К металлам, применяемым для изготовления чувствительных элементов термометров сопротивления, предъявляются следующие требования:
1) большой температурный коэффициент сопротивления;
2) большое удельное сопротивление;
3) постоянство химических и физических свойств;
4) легкость получения одинаковых свойств.
Этим требованиям удовлетворяют чистые металлы: платина, медь, никель и железо.
Технические термометры сопротивления изготовляются преимущественно из платины, меди и в очень ограниченном количестве из никеля (условные обозначения ЭТП , ЭТМ и ЭТН ). В СССР серийно выпускаются термометры сопротивления с чувствительными элементами из платины и меди.
Платиновые термометры предназначаются для измерения температур в интервале от - 200 до + 500 °С. Медные термометры сопротивления применяются для длительного измерения температур в интервале от -50 до -4-100 °С. При более высоких температурах (до 150 °С) медные термометры могут быть использованы только для кратковременных измерений.
Термометры каждого типа-ЭТП, ЭТМ и ЭТН - по ГОСТ 6651-53 могут изготовляться различных разновидностей.
По условиям эксплуатации различают термометры стационарные и переносные; по числу чувствительных элементов - термометры с одним выводом и с несколькими; по числу выводных проводников от каждого чувствительного элемента - термометры с двумя, тремя и четырьмя проводниками; по степени инерционности различают термометры большой инерционности БИ, обыкновенной инерционности ОИ и малой инерционности МИ.
К достоинствам термометров сопротивления относятся:
1) высокая степень точности измерения температуры;
2) возможность градуировки шкалы прибора на любой температурный интервал в пределах допустимых температур;
3) возможность дистанционной передачи показаний и централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору;
4) возможность автоматической записи измеряемой температуры.
Наиболее широко в комплекте с техническими термометрами сопротивления применяются магнитоэлектрические логометры, у которых отсчитывают температуру непосредственно по шкале и показания которых в известных пределах не зависят от колебаний напряжения источников тока.
В настоящее время в СССР распространены следующие приборы: ЛПБ-логометр профильный большой; ЛМПУ - логометр магнитоэлектрический профильный утопленного монтажа; CJIM - самопишущий логометр на 1, 3 или 6 точек измерения и записи.
Термоэлектрические пирометры. Термоэлектрический пирометр состоит из теплочувствительного элемента - термопары - и измерителя т. э. д. с. (термоэлектродвижущей силы).
Измерение температуры при помощи термопары основано на явлении, состоящем в том, что нагревание места спая проволок из разных металлов вызывает появление т. э. д. е., которая (при постоянной температуре холодных концов, называемых также, иногда свободными концами термопары) зависит только от температуры горячего спая (называемого иногда также рабочим спаем или рабочим концом термопары) и материала взятых проволок. Геометрические размеры и форма проволок на величину т. э. д. с. совершенно не влияют.
Зависимость т. э. д. с. термопары от температуры горячего спая определяется экспериментально путем градуировки при температуре свободных концов, равной t0 = 0 °С, и дается в виде таблицы или графика.
Для измерения т. э. д. с. к свободным концам термопары (рис. 22, а) или в разрыв одного из электродов (рис. 22, б) присоединяется магнитоэлектрический милливольтметр.
Включая прибор, мы тем самым вводим в цепь термопары третий проводник С, отличающийся по своей природе от проводников А и В.
Можно показать, что термоэлектродвижущая сила термопары не изменится от введения в ее цепь нового проводника, если только температуры концов этого проводника одинаковы. При таком условии схемы включения измерительного прибора а и б равноценны и отличаются только тем, что, кроме горячего спая, в одном случае имеются два холодных спая, а во втором - один холодный и два нейтральных.
Рис. 2. Включение прибора в термоэлектрическую цепь: а - вхолоднщй спай; б - в электрод
В качестве термоэлектродов, т. е. проводников, из которых составляется термопара, применяются металлы и сплавы, развивающие сравнительно большие т. э. д. с. Это дает возможность применять менее чувствительные, а следовательно, более надежные в эксплуатации приборы, служащие для измерения т. э. д. с.
Оценку величины т. э. д. с. различных термопар можно произвести, пользуясь термоэлектрическим рядом табл. 3, в которой приведены значения т. э. д. с. металлов и сплавов в паре с платиной при температуре горячего спая 100 °С и холодного спая 0 °С.
Т. э. д. с. любой пары из этого ряда получается алгебраическим вычитанием т. э. д. с. одного электрода из т. э. д. с. другого.
Важнейшим требованием, предъявляемым к термопаре, является постоянство ее термоэлектрической характеристики. В настоящее время для четырех различных типов термопар установлены стандартные градуировочные характеристики (ГОСТ 3044-45 и ГОСТ 6071-51).
По конструктивному выполнению термопары весьма разнообразны. В зависимости от назначения они выполняются с различной защитной арматурой, не меняющей градуировки термопары, но увеличивающей ее термическую инерцию.
В качестве вторичного измерительного прибора в комплекте с термопарой могут применяться показывающие, самопишущие или контактные милливольтметры или автоматические потенциометры. Для записи быстротекущих процессов нагрева может быть применен магнитоэлектрический осциллограф с чувствительным шлейфом.
Пирометры, основанные на использовании методов измерения температур тел по их излучению. Измерение температур тел по интенсивности их излучения осуществляется бесконтактным способом, не искажающим температурного поля объекта измерения, чем этот метод существенно отличается от методов, основанных на применении термоприемников, которые должны находиться в непосредственном контакте с телом, температуру которого измеряют.
Методы измерения температуры тел по интенсивности излучения основываются на следующих физических предпосылках:
1) с изменением температуры тела изменяется интенсивность излучения;
2) с изменением температуры тела интенсивность излучения меняется не только количественно, но и качественно, иначе говоря, изменяется состав лучистого потока, т. е. количественное соотношение лучей различных длин волн.
В соответствии с этими положениями различают три метода измерений:
1) радиационный, основанный на измерении суммарной мощности излучения нагретого тела;
2) оптический (монохроматический, яркостной), основанный на измерении мощности излучения для заданной длины волны;
3) цветовой, основанный на измерении отношения мощностей излучения для двух заданных длин волн и
На рис. 23 приведены кривые интенсивности излучения для абсолютно черного тела, которые показывают, что:
1) суммарная или интегральная мощность излучения (площадь, ограниченная кривой для соответствующей температуры и осью абсцисс) быстро растет с ростом температуры (закон Стефана - Больцмана);
2) максимум интенсивности излучения по мере роста температуры перемещается в область более коротких волн (закон Вина).
Полная, или интегральная, энергия излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени температуры этого тела. Очевидно, измерив полную энергию излучения, мы можем определить температуру тела,
Рис. 3. Зависимость интенсивности лучеиспускания абсолютно черного тела от длины волны и абсолютной температуры
Такой метод измерения температуры носит название радиационного метода, а приборы, основанные на принципе измерения интегральной энергии излучения, называются радиационными пирометрами.
Радиационный пирометр, проградуированный по абсолютно черному телу, при измерении температуры физического тела (не абсолютно черного) будет давать заниженные показания, так как излучательная способность физических тел всегда меньше излу-чательной способности абсолютно черного тела. Эти показания могут быть исправлены, если известен коэффициент интегральной излучательной способности, представляющий отношение интегральной энергии излучения физического тела к интегральной энергии
излучения абсолютно черного тела при одной и той же температуре.
Для физических тел этот коэффициент всегда меньше единицы. Величина его зависит от материала тела, состояния поверхности, температуры и других факторов. Практически физическое тело излучает как абсолютно черное лишь в одном случае, когда оно находится в закрытой печи, внутренняя поверхность которой имеет ту же температуру, что и находящееся там тело. Глазок в печи может быть принят за абсолютно черное тело. В этом случае радиационный пирометр будет измерять истинную температуру.
Радиационные пирометры (рис. 4) различных конструкций состоят из двух основных частей: телескопа и измерительного прибора (показывающего или самопишущего).
Оптическая система телескопа концентрирует энергию излучения нагретого тела на термоприемнике. Термоприемник, помещенный внутри телескопа, обычно представляет собой миниатюрную термобатарею, т. э. д. с. которой служит мерой температуры нагретого тела.
В комплекте с радиационным пирометром могут применяться различного типа показывающие и самопишущие милливольтметры, а также лабораторные и автоматические потенциометры.
Оптический метод (монохроматический, яркостной) основан на определении интенсивности излучения нагретого тела, соответствующей вполне определенной длине волны. Практически в приборах используется излучение в некотором узком диапазоне длин волн от X до X f АХ. Обычно выбирают X = 0,65 мк из тех соображений, что к более длинным волнам человеческий глаз уже не восприимчив, волны же короче 0,65 мк могут быть срезаны при помощи красного светофильтра.
Рис. 4. Схема устройства радиационного пирометра: 1 - объектив; 2 - диафрагму; 3 - экран; 4- термобатарея; 5 - красный светофильтр; 6 - окуляр; 7 - гальванометр
Оптический пирометр, проградуированный по абсолютно черному телу, будет показывать при измерении температуры физических тел не действительную, а так называемую яркостную, или черную монохроматическую, температуру, так как коэффициент монохроматической излучательной способности, представляющий отношение интенсивности излучения физического тела и интенсивности излучения абсолютно черного тела в лучах заданной длины волны при одной и той же температуре, всегда меньше единицы.
Рис. 5. График поправок к оптическому пирометру
Для многих материалов коэффициенты монохроматической излучательной способности хорошо изучены. Пользуясь данными этой таблицы и кривыми поправок на неполноту излучения (рис. 5), можно определить поправку к яркостной температуре (показание оптического пирометра). Эту поправку следует прибавить к яр костной температуре для того, чтобы получить истинную.
Рис. 6. Схема устройства оптического пирометра: 1 - объектив; 2 - лампа накаливания; 3 - красный светофильтр; 4 - окуляр; 5 - реостат; 6 - аккумулятор; 7 - гальванометр;
Принцип действия прибора Изображение источника излучения, температуру которого хотят измерить, с помощью объектива получается в плоскости нити пирометрической лампочки. Наблюдатель, глядя в окуляр через красный светофильтр, видит нить лампочки, проектирующейся на фоне изображения источника излучения. Меняя положение движка реостата, можно установить такую силу тока пирометрической лампочки, при которой нить «исчезает» на фоне изображения. Это происходит в тог момент, когда яркость нити лампочки будет равна яркости изображения источника излучения. Соответствующая этому равенству яркостей сила тока отсчитывается по включенному в цепь амперметру, шкала которого обычно градуируется непосредственно в градусах яркостной температуры.
Каждый оптический пирометр имеет специальное устройство для монохроматизации (т. е. выделения одноцветных лучей) пучка лучей, попадающих в глаз наблюдателя. Для этой цели применяются стеклянные светофильтры из специального красного стекла.
Нить пирометрической лампочки стараются не нагревать выше 1500 °С, а измерение более высоких температур осуществляется путем уравнения яркости нити и ослабленной поглощающим фильтром яркости изображения источника излучения.
В соответствии с этим электроизмерительный прибор имеет две градусные шкалы: от 800 до 1400-1500 °С для работы без поглощающего фильтра и до 2000 °С с введенным между лампочкой и объективом поглощающим фильтром.
Оптические пирометры обеспечивают более высокую точность, чем радиационные, но не дают возможности осуществлять непрерывный отсчет температуры или ее автоматическую запись.
Цветовой метод измерения температуры основан на измерении интенсивностей излучения двух выбранных длин волн.
Цветовой метод измерения температуры теоретически является наиболее совершенным. Физические тела, температуру которых приходится измерять, являются чаще всего серыми излучателями, т. е. такими, которые, по сравнению с абсолютно черным телом, излучают слабее во всех частях спектра. Коэффициенты монохроматической излучательной способности этих тел имеют одинаковую величину для лучей любой длины волны. В этом случае отношение интенсивностей излучения не зависит от излучательной способности тела, и цветовой пирометр, проградуированный по абсолютно черному телу, должен показывать действительную температуру серого тела.
Практическое осуществление пирометра, использующего измерение отношения интенсивностей излучения для двух длин волн, оказывается достаточно сложным, поэтому последние не получили еще широкого распространения.
Фотоэлектрические пирометры. В фотоэлектрических пирометрах чувствительным органом, воспринимающим излучение раскаленных тел, является фотоэлемент.
Фотоэлемент представляет собой устройство, меняющее свои электрические свойства в зависимости от количества и качества падающего на его чувствительную поверхность излучения. Важной характеристикой фотоэлементов, применяемых в фотоэлектрических пирометрах, является их спектральная чувствительность, т. е. чувствительность к различным частям спектра излучения.
Фотоэлектрические пирометры можно разделить на три группы. К первой группе следует отнести фотопирометры, в которых используется вся или большая часть спектральной чувствительности фотоэлемента.
Эти фотопирометры реагируют на суммарную энергию излучения нагретого тела. В этом отношении их можно сравнить с радиационными пирометрами. Фотопирометры этой группы, проградуи-рованные по абсолютно черному телу, дают правильные показания лишь при измерении температуры тел, которые могут быть практически приняты за абсолютно черные.
Ко второй группе относятся фотопирометры, в которых так же, как и в оптических пирометрах, используется энергия излучения в узком диапазоне длин волн.
К третьей группе относятся цветовые фотопирометры, действие которых основано на измерении отношения интенсивностей излучения двух заданных длин волн.
В литературе описывается много различных схем и конструкций фотопирометров, однако серийно отечественной промышленностью выпускается только один тип ФЭП -3, предназначенный для измерения температуры прокатываемого металла в прокатных цехах. Прибор дает показания яркостной температуры и выпускается по классу 1.
Для измерения температуры при нагреве деталей или изделий токами высокой частоты может быть использован фотоэлектрический пирометр, разработанный НИИ ТВЧ им. проф. В. П. Вологдина. Головка этого прибора может быть установлена непосредственно на индукторе или отнесена от него на некоторое расстояние. Фотопирометр дает возможность автоматически отключать генератор при нагреве заготовки до заданной температуры.
В термодинамике равновесных процессов температурой называют физический параметр, определяющий состояние термодинамического равновесия системы макроскопических тел и имеющий одинаковое значение для всех макроскопических частей системы.
Важная макроскопическая характеристика состояния тела - температура - обусловлена интенсивностью беспорядочного движения молекул этого тела и поэтому может быть количественно выражена через их скорости движения. Но при этом надо иметь в виду, что у молекул, образующих тело, нет единой скорости движения: в любой момент времени каждая молекула имеет свою индивидуальную (случайную) скорость (в этом и заключается Беспорядочность теплового движения). Поэтому температуру тела можно выразить только через некоторое Среднее значение скорости движения его многочисленных молекул. Таким образом, понятие температуры является статистическим и применимо только к объемам, содержащим очень большое число молекул.
Для газообразных сред средняя энергия поступательного движения молекул связана с температурой уравнением:
В пространстве, где имеется сильное разрежение, статистические законы не применимы. В этом случае температура определяется по мощности потока лучистой энергии.
Средняя энергия молекулы
Где i — число степеней свободы молекулы.
Согласно закону равнораспределения, среднее значение энергии одной молекулы будет (при той же температуре) тем больше, чем сложнее молекула, чем больше у нее степеней свободы. При определении
Сущность температуры сложна и многообразна. Например, при изучении высокотемпературной плазмы вводится понятие электронной температуры, характеризующей поток электронов в плазме.
Вообще при изучении неравновесных процессов понятие температуры как единого термодинамического параметра неприменимо. При интенсивных химических, атомных, ядерных реакциях, сопровождающихся быстрым выделением тепловой энергии, нарушается равномерное распределение энергии между отдельными видами движения. В термодинамически неравновесном газе (при горении, взрывах, при электрических разрядах в газах) существует одновременно много различных температур: температуры частиц (молекулярная, атомная, ионная, электронная), температуры различных степеней свободы движения частиц (поступательная, вращательная, колебательная), а также температуры возбуждения и ионизации. Например, в лампе дневного света можно говорить о температуре электронов (десятки тысяч Кельвин), температуре ионов (несколько сотен Кельвин), температуре нейтральных атомов и температуре стенок колбы (~36 — 370С). Таким образом, при измерении температуры неравновесных газов или плазмы результаты измерения будут зависеть от того, к какому виду движения и каких именно частиц чувствителен используемый метод измерения. Например, температуру стенок лампы дневного света можно определить контактными методами, а характеристики процессов внутри нее — с помощью спектральных методов.
Таким образом, температура может представлять собой как параметр состояния, определяющий качественную (тепловую) сторону процесса, так и потенциал переноса тепловой энергии, определяющий количественную сторону процесса.
Температура - важнейший параметр теплотехнических систем, однако ее величина не может быть определена непосредственно. При изменении теплового состояния тела кроме температуры изменяются и другие его физические характеристики (например, объем). По количественному изменению этих характеристик (объема, электродвижущей силы, электрического сопротивления) можно судить об изменении температуры тела. Тело (прибор), по изменению какой-либо физической характеристики которого можно определять его температуру, называется Термометром.
Для измерения температуры термометром необходимо установить температурную шкалу, т. е. точную зависимость между термическими свойствами какого-либо тела и его температурой. Измерительные преобразователи температуры основаны на учете изменения какого-либо параметра объекта или специального Термометрического вещества, связанного с температурой известной зависимостью. При этом необходимо, чтобы изменения используемого параметра были связаны с температурой функциональной зависимостью, близкой к линейной; эта связь должна наименьшим образом искажаться из-за воздействия других параметров процесса и точно и просто воспроизводиться при градуировании. Современная термометрия не располагает ни веществом, ни параметром, полностью удовлетворяющим этим требованиям.
Только идеальный газ имеет термический коэффициент объемного расширения (при Р=соnst) и термический коэффициент давления (при V=const), не зависящие от T. Но формальное использование законов Гей-Люссака и Шарля для установления абсолютной или термодинамической шкалы температур (шкалы Кельвина) приводит к неверному выводу: при температуре, равной абсолютному нулю, V=0, Р=0, т. е. что при абсолютном нуле температуры вещество исчезает (рис. 1).
Рис. 1.
Из различных газов меньше всех отклоняется от законов идеального газа водород. Поэтому в качестве нормальной температурной шкалы была принята стоградусная шкала водородного термометра с постоянным объемом. За ноль температуры принята температура тающего льда, 1000 — температура насыщенных паров воды, кипящей на широте 450 при нормальных условиях. Недостатком водородного термометра является диффузия водорода через стенки сосуда при высоких температурах и его каталитические свойства (химическое взаимодействие с материалом стенок сосуда). При низких температурах водород отклоняется от свойств идеального газа.
Наиболее распространенной температурной шкалой является Шкала Цельсия, за основные точки которой приняты положения верхних уровней столбика жидкости, когда термометр находится в тепловом контакте: 1) с тающим льдом; 2) с паром кипящей воды (при нормальном атмосферном давлении). Расстояние между этими уровнями разделено на 100 равных частей; 0,01 этого расстояния принята за 1 градус температурной шкалы Цельсия (1°С), что соответствует одному Кельвину (1 К).
Поскольку измерение температуры связано с использованием определенных тел и их термометрических свойств, а при разных температурах тела имеют разные энергетические состояния и разные физические свойства, постольку принятая единица измерения температуры (1 град) является по существу лишь мерой масштаба принятой температурной шкалы, и процесс измерения температуры является определением положения на температурной шкале уровня измеряемой температуры. Поэтому особое значение в термометрии имеет принцип построения и воспроизведения температурной шкалы.
В настоящее время используется термодинамическая шкала, в основу которой положено, по предложению Кельвина, использование термодинамического цикла Карно идеальной тепловой машины, состоящего из двух изотерм и двух адиабат. Для сопоставления температур двух тел нужно осуществить цикл Карно, используя эти тела в качестве нагревателя и холодильника. Отношение количества тепла, отданного телу - «холодильнику», к количеству тепла, отобранного от тела - «нагревателя», даст отношение температур рассматриваемых тел. Для однозначного определения численного значения температуры необходимо условиться о выборе единицы измерения T, т. е. градуса. За абсолютный градус принимается одна сотая разности температур кипящей при атмосферном давлении воды и тающего льда. Размер 1 град шкалы определяется тем, что температуре тройной точки воды приписано числовое значение 273,16 К, а нижней границей основного интервала шкалы является абсолютный нуль. Определяемый таким образом градус термодинамической шкалы совпадает с величиной 1°С, а переход от температуры t°С к температуре Т К выражается точной формулой
Т = (T +273,16) К.
Таким образом, градус абсолютной термодинамической шкалы равен градусу идеальной газовой шкалы. Термодинамическая шкала температур совпадает с идеальной газовой шкалой. Точка t = -273°C принята за начало отсчета (нуль) Абсолютной (или Шкалы Кельвина, или Термодинамической) шкалы температур. Температура, отсчитываемая по абсолютной шкале, называется Абсолютной, или Термодинамической температурой; нуль этой шкалы называется Абсолютным нулем. Абсолютный нуль равен -273,16 °C.
Преимущество этой шкалы заключается в том, что она не зависит от выбора тела (рабочего вещества в цикле Карно), используемого для измерения температуры.
Абсолютную температуру и абсолютный нуль не следует рассматривать как формальные понятия, не имеющие физического смысла. Абсолютный нуль - это, как показал Кельвин, самая низкая из возможных температур вещества. При абсолютном нуле полностью прекращается хаотическое движение молекул в веществе. Однако это не значит, что в нем прекращается всякое движение. Сохраняется, например, движение электронов в атоме. В настоящее время удается охлаждать малые объемы вещества до температур близких к абсолютному нулю, не достигая последнего лишь на несколько тысячных долей Кельвина.
Термодинамическая шкала температур воспроизводится по показаниям газовых термометров постоянного давления или постоянного объема. Однако газовые термометры не обеспечивают требуемой точности измерений температуры. Кроме того, верхний предел их применения составляет 10000 С. Поэтому для измерения температур в различных интервалах применяют разного типа термометры, шкалы которых с помощью газовой шкалы приводятся к термодинамической шкале.
Существующая международная практическая шкала температур (МПТШ), практически совпадая с термодинамической, позволяет расширить ее в область очень высоких температур. Она отличается удобством и высокой точностью воспроизведения. МПТШ основана на шести воспроизводимых температурах (первичные постоянные точки), которым присвоены числовые значения в оС, а также на уравнениях, устанавливающих соотношение между температурой и показаниями приборов, эталонированных по этим точкам. Эти точки следующие:
Температура равновесия между жидким и газообразным кислородом при нормальном атмосферном давлении: -182,97оС;
Точка плавления льда 0,000оС;
Точка кипения воды 100,000оС;
Точка кипения серы 444,60оС;
Точка плавления серебра 960,5оС;
Точка плавления золота 1063,0оС.
В интервале 0-630оС температуру определяют по сопротивлению эталонного платинового термометра сопротивления с помощью формулы
Где Ro-сопротивление при 00 С, а постоянные А и В определяются эталонированием в точках кипения воды (1000 С) и серы - (444,6°). В интервале от 0 до -1830С температура определяется также по сопротивлению R эталонного платинового термометра сопротивления, но в этом случае используется формула
В которой A и В - те же, что и в предыдущем выражении, а постоянная С определена эталонированием термометра в точке кипения кислорода (-182,97° С).
В интервале 630-10630С температуру определяют по электродвижущей силе платинородий-платиновой термопары, свободные концы которой имеют температуру 0° С, а рабочий конец - температуру t. При этом используют интерполяционную формулу
В которой постоянные a, b и c определены для данной термопары эталонированием ее в точках плавления сурьмы, серебра (960,8) и золота (1063° С). Температура плавления применяемого образца сурьмы предварительно определяется эталонным термометром сопротивления.
Выше точки плавления золота температуру определяют по отношению спектральных плотностей излучения абсолютно черного тела, вытекающей из формулы Планка для излучения абсолютно черного тела.
Воспроизводимость МПТШ в интервале температур от 0 до 100оС составляет 0,001оС (для платинового термометра сопротивления), для термоэлектрического участка -0,1оС, на оптическом участке — 2-3оС.
Для обеспечения единства и точности измерения низких температур в области от тройной точки водорода 13,828К до точки кипения кислорода 90,17К, которая не охватывается МПТШ, используется практическая температурная шкала - ПТШ. В стандарте приведена таблица зависимости величины относительного электрического сопротивления Rt / Ro платины от величины температуры Т. Эта зависимость представляется таблично из-за невозможности ее выражения простой математической формулой. ПТШ в указанной области воспроизводится с помощью платиновых термометров сопротивления, градуированных по постоянным точкам: тройной точке водорода -13,828К, точке кипения водорода («равновесного») -20,2671 или («нормального») -20,3841, тройной точке кислорода -54,3531, точке кипения кислорода -90,17К и тройной точке воды -273,16К.
Для проведения измерений температуры необходимо иметь комплекс приборов, которые условно можно разделить на несколько элементов: 1) измерительный преобразователь температуры или термоприемник, частично или полностью находящийся в контакте с исследуемой средой и являющийся преобразователем температуры в иную физическую величину, подлежащую измерению. Важным элементом термоприемника, непосредственно воспринимающим и преобразующим тепловое воздействие, является термочувствительный элемент. 2) регистрирующий или регулирующий прибор, 3) элемент, передающий сигнал от термочувствительного элемента к регистрирующему прибору.
В термопарах термоприемником является непосредственно сама термопара, термочувствительным элементом — рабочий спай термопары, регистрирующим прибором — милливольтметр или потенциометр, передаточным элементом — соединительные и компенсационные провода.
В практике автоматического регулирования измерительный орган, преобразующий физическую величину, называется датчиком. Термины "измерительный преобразователь температуры", "термоприемник", "датчик температуры" являются синонимами.
Для измерения температуры тела его надо привести в тепловой контакт с термометром и дождаться установления теплового равновесия. Температура тела будет равна температуре термометра, находящегося в тепловом равновесии с этим телом.
Наиболее общий подход к оценке взаимодействия измерителя температуры и объекта исследования приводит к делению всех приборов на две группы: контактных и бесконтактных методов измерения. При использовании приборов первой группы приходится в той или иной степени принимать во внимание особенности теплообмена между объектом, приемным преобразователем и внешней средой. Трудности создания приборов, основанных на бесконтактных методах, связаны с необходимостью определения излучательной способности объекта (реальной степени черноты), что во многих случаях невозможно сделать достаточно точно.
К контактным методам измерения температуры относятся дилатометрический (основанный на линейном расширении твердых тел), метод термометра сопротивления (основанный на зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры), термоэлектрический метод (основанный на зависимости термоэдс от температуры), термоиндикаторный (основанный на изменении цвета, фазового состояния, яркости свечения специальных покрытий) и др.
К бесконтактным методам относятся пирометрический, интерференционный, спектральный, фотометрический.
Трудности измерения температуры отчасти связаны со сложностью и многообразием физической сущности самого понятия температуры.
Приемные преобразователи контактных термоизмерителей.
К числу простейших измерителей температуры, которые применяются в исследовательской практике, относятся приборы механической группы, основанные на использовании теплового расширения газов или жидкостей. В газовом термометре измеряется давление, создаваемое определенным количеством газа при постоянном объеме. При надлежащем выборе рабочего вещества и достаточно низком давлении получается прибор, в принципе осуществляющий условия воспроизведения термодинамической шкалы.
Простейшим и наиболее распространенным термометром является жидкостный (ртутный или спиртовой), температура которого определяется по высоте столбика жидкости, находящейся в капиллярной стеклянной трубке с расширением на нижнем конце; с изменением температуры термометра изменяется объем, а, следовательно, и высота столбика жидкости.
В жидкостно-стеклянных термометрах применяется ртуть или другие вещества; ниже приводятся возможные пределы их применения (в °С):
Ртуть……………… от -30 до 700
Толуол………………. -90 — 100
Этиловый спирт…… -100 — 75
Петролейный спирт.. -130 — 25
Пентан…. ……………. -190 — 20
Показания жидкостно-стеклянного термометра зависят не только от изменения объема рабочей жидкости, но и от изменения объема стеклянного резервуара, поэтому для изготовления термометров применяются специальные сорта стекла с малым коэффициентом объемного расширения или плавленый кварц.
Наиболее точны и просты в обращении ртутные термометры, отличающиеся также равномерностью шкалы. Цена деления стандартных термометров обычно не менее 0,01 град; в специальных лабораторных термометрах возможны шкалы с ценой деления на один-два порядка меньше. Допустимая погрешность не превышает одного деления шкалы. Нижним пределом, ограничивающим применение ртути, является температура замерзания, равная -38,9°С. Температура кипения при атмосферном давлении (356,7 оС) не является предельной, так как для повышения верхнего предела пространство внутри термометра над ртутью может заполняться инертным газом под давлением.
Термометры с нертутным заполнением применяются в основном для измерения низких температур; инерционность их значительно больше ртутных из-за большей теплоемкости. Кроме того, органические жидкости смачивают стекло, что снижает точность отсчета уровня в капилляре. При использовании термометров приходится учитывать ряд факторов, приводящих к искажению показаний. Это, прежде всего, неравномерность температурного взаимодействия термометра с окружающими средами и, во-вторых, изменения внешнего и внутреннего давления.
Термосопротивление — это проводник, включенный в электрическую цепь и находящийся в состоянии теплообмена с окружающей средой. Его сопротивление зависит от температуры и определяется тепловым равновесием между проводником и средой. Теплообмен проводника с исследуемой средой может осуществляться конвекцией, теплопроводностью среды, теплопроводностью самого проводника и излучением.
Действие термометров сопротивления основано на известном свойстве металлов и сплавов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. В простейшем случае первичный преобразователь такого термометра представляет собой отрезок проводника, на концах которого укреплены выводы. С их помощью проводник включается в электрическую цепь. К материалам, применяемым в качестве терморезисторов, предъявляются прежде всего требования стабильности характеристики R=f(Т) и достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления a, определяемого выражением
Для большинства чистых металлов при комнатной температуре температурный коэффициент приблизительно равно 4×10 -3 град -1. Для точных измерений температуры (до 0,01 град) электрическая схема измерения должна быть чувствительной к изменениям сопротивления в 0,004%. В некоторых случаях чувствительность термометров сопротивления позволяет измерять температуры с большей точностью (0,001 град).
Наибольшее распространение для изготовления преобразователей термометров сопротивления получили платина, медь, никель; известно использование железа, бронзы, пирографита, некоторых сплавов, а также полупроводников, изготовленных из смеси окислов различных металлов.
Наилучшим материалом является чистая платина, которая в широком диапазоне температур не вступает в химические реакции и чрезвычайно устойчиво сохраняет величину удельного сопротивления (приблизительно в пять раз большего, чем у меди, серебра или золота).
Незащищенные платиновые терморезисторы нельзя применять в восстановительных средах (продукты сгорания углерода, пары кремния, калия, натрия и т. п.) из-за загрязнения их поверхности при высоких температурах. Кроме того, использование таких терморезисторов ограничено распылением платины, прогрессивно возрастающим по мере повышения температуры; этот эффект тем слабее влияет на изменение электрического сопротивления, чем больше диаметр платиновой проволоки.
Платина - хороший катализатор многих термохимических реакций, поэтому при измерении температур газовых смесей, содержащих продукты неполного сгорания, возможно появление специфических погрешностей, вызванных выделением тепла на поверхности терморезистора. Для исключения каталитического эффекта платиновую проволоку покрывают позолотой, остекловывают или используют терморезисторы в защитных чехлах.
Кроме платиновых, серийно изготовляются также технические медные термометры сопротивления с номинальными значениями Ro = 53 и 100 Ом, предназначенные для работы в диапазоне температур от-50 до +180° С. В этом интервале температур электрическое сопротивление медных термометров определяется по формуле
Где a-температурный коэффициент, в среднем равный 4,26× 10 -3 град -1. При более высоких температурах медь окисляется; недостатком меди также является ее малое удельное сопротивление.
Для измерения температур ~300° С первым заменителем платины служит никель. Он имеет большое удельное сопротивление (~8×10 -2 Ом×мм 2 /м) и высокий температурный коэффициент a= 6,4× 10 -3 град -1, но при температуре 370° С в никеле происходит структурное преобразование, и функция R = f(Т) становится неоднозначной. До температуры ~1000 С может применяться железо (a = 6,5×10 -3 град-1).
В криогенной технике часто используется платиновый термометр сопротивления. При температурах ниже 60К коэффициент a, а, следовательно, и чувствительность платинового термометра резко уменьшаются. Однако применение аппаратуры, предназначенной для точных измерений очень малых сопротивлений, дает возможность отодвинуть предельные значения температур, доступных измерению платиновым термометром сопротивления, в сторону весьма низких значений (~4-5К).
Для измерений в области низких температур могут быть использованы также константан, манганин, фосфористая бронза и сплавы серебра с оловом.
При измерениях температур высокоскоростных газовых потоков находят применение вольфрамовые бескаркасные проволочные терморезисторы. Вольфрамовая проволока диаметром 10-15 мкм выдерживает динамическое давление сверхзвуковых потоков. Зависимость удельного сопротивления вольфрама от температуры близка к линейной. Однако с увеличением температуры происходит распыление и рекристаллизация вольфрама, поэтому вольфрамовые термометры сопротивления обычно применяются для измерения температур не выше 600о С.
В широком диапазоне температур от 0 до 2300К может применяться графит в виде пироуглерода различных модификаций или нити из волокнистых углеродистых структур. Полупроводниковые объемные терморезисторы изготовляются из смеси окислов или сульфидов различных металлов или редкоземельных элементов. Полупроводниковые терморезисторы обладают очень высоким значением отрицательного температурного коэффициента сопротивления, доходящим до 4 10-2-5 10 -2 град.-1 . Они выполняются весьма малогабаритными; известны полупроводниковые терморезисторы с диаметром чувствительного элемента менее 1мм. Такие измерители имеют малую инерционность и могут применяться для исследований нестационарных тепловых процессов.
Полупроводниковые термометры сопротивления обладают нелинейной зависимостью сопротивления от температуры, приближенно подчиняющейся экспоненциальному закону
(4.3)
Где АТ и В - коэффициенты, зависящие от физических свойств и геометрии полупроводника; при значительном изменении температуры коэффициент Ат - функция температуры и может считаться постоянным только в малых интервалах изменения Т. Существенным недостатком полупроводниковых терморезисторов является невысокая стабильность их характеристик, усиливающаяся с увеличением температуры; поэтому область их применения ограничивается температурами, не превышающими 300° С.
Рис. 2.
Наиболее широко полупроводниковые терморезисторы используются в криогенной технике. Из кристаллических полупроводников в низкотемпературной термометрии нашел применение германий с примесью мышьяка. Для защиты от повреждений такие термометры помещают в платиновые или стеклянные чехлы (рис. 2).
ТЕРМОИНДИКАТОРЫ
Термоиндикаторные вещества применяются во многих отраслях народного хозяйства для индикации температур и метрирования температурных полей поверхностей объектов, например, при доводке узлов и деталей, контроле оптимальных температур термообработки, закалки, определении перегревов оборудования и т. д.
Современные термоиндикаторы обладают большим разнообразием различающихся признаков. Классификация облегчает выбор необходимого термоиндикатора.
В основу положены следующие признаки:
1)принцип действия;
2)вид (форма);
3)физико-химические превращения, обуславливающие цвет;
4)количество температурных переходов;
5)зависимость цветоизменения от условия нагрева;
6)точность измерения температуры;
По принципу действия термоиндикаторы подразделяются на 4 основных типа: термохимические индикаторы, термоиндикаторы плавления, жидкокристаллические термоиндикаторы и люминесцентные термоиндикаторы.
Термохимические термоиндикаторы — это сложные вещества, которые при достижении определенной температуры резко изменяют свой цвет за счет химического взаимодействия компонентов.
Термоиндикаторы плавления изменяют свой цвет в результате плавления одного или нескольких компонентов, имеющих строго определенные температуры плавления.
Жидкокристаллические термоиндикаторы в определенном интервале температур переходят в жидкокристаллическое состояние, обладающее свойством при незначительном изменении температуры так изменять свою структуру, что падающий на них луч света разлагается и отражается с изменением цвета. При этом переходы твердых кристаллов в жидкие и жидких в изотропный расплав являются фазовыми переходами первого рода.
Люминесцентные термоиндикаторы — это разновидность люминофоров, которые в зависимости от температуры изменяют либо яркость, либо цвет свечения.
Термоиндикаторные вещества выпускаются в различных формах: карандаши, таблетки, термоиндикаторные устройства (этикетки и т. д.), краски, порошки. При этом выбор той или иной формы определяется целью и задачами измерения.
По своим физико-химическим превращениям термоиндикаторы подразделяются на три группы: обратимые, необратимые и квазиобратимые.
Таблица 1. Классификация термоиндикаторов 
К Обратимым относятся термоиндикаторы, которые изменяя цвет при нагревании до температуры перехода или выше ее, восстанавливают первоначальную окраску при понижении температуры ниже критической.
Необратимыми являются такие, в которых при нагревании происходят необратимые процессы (химические или физические), в результате чего первоначальный цвет после последующего охлаждения не восстанавливается.
Квазиобратимыми называют термоиндикаторы, которые, изменяя свой цвет при нагревании до температуры перехода или выше, восстанавливают его при последующем понижении температуры постепенно под действием влаги. Они могут применяться многократно.
В зависимости от условий и целей исследования применяют цветовые, структурные и газовыделяющие термоиндикаторные вещества.
При измерении температуры на поверхности печей, камер сгорания, поверхности сопловых и рабочих лопаток газотурбинных двигателей и т. д., фактически требуется измерение температур не в отдельных точках, а распределение температур по поверхности. В этом случае однопозиционные термоиндикаторные вещества становятся практически непригодными. Визуализацию температурных полей могут обеспечить лишь многопозиционные цветовые термоиндикаторные вещества, которые имеют несколько критических температур в достаточно широком температурном интервале, или плавно меняют свой цвет в зависимости от температуры.
В зависимости от условий применения используют обратимые, необратимые или квазиобратимые термоиндикаторные вещества. Обратимые термоиндикаторные вещества применяются, когда необходимо непосредственно наблюдать температурное поле в процессе нагрева. Обратимые цветовые термоиндикаторные вещества можно применять при температурах до 497-527°С, поскольку при более высоких температурах цвет термоиндикаторных веществ может маскироваться собственным тепловым излучением. Необратимые и квазиобратимые цветовые термоиндикаторные вещества применяются в случае, когда необходимо исследование температурных полей в труднодоступных местах, например, для исследования газотурбинных двигателей.
С практической точки зрения важно, чтобы температуры цветовых переходов не зависели от условий нагрева. Примерами таких термоиндикаторных веществ являются однопозиционные термоиндикаторы плавления. Для таких типов термоиндикаторных веществ критические температуры зависят от времени индикации, давления и других особых условий. С целью исключения ошибок в измерении температуры необходимо пользоваться градуировочными кривыми. Большое влияние на температуры цветовых переходов цветовых термоиндикаторных веществ оказывает среда. Так, термоиндикаторные вещества "Термоколор" (Германия) пригодны для применения в среде водяного пара. Некоторые из этих термоиндикаторных веществ дают устойчивые показания в атмосфере углекислого газа и сероводорода. В средах оксида серы (IV) SO2 и аммиака NH3 успешно применяются карандаши "Термохром". Термоиндикаторные вещества фирмы "Детектотемп" и таблетки серии "R" фирмы Helling можно использовать в восстановительных средах.
Общие требования к цветовым термоиндикаторным веществам следующие:
1. Максимальное число критических температур в интересующем температурном интервале.
2. Высокотемпературные цветовые термоиндикаторные вещества должны иметь необратимые переходы.
3. Цветовые переходы должны быть четкими, а цвета цветовых зон — контрастными.
4. Критические температуры цветовых термоиндикаторных веществ должны быть либо независимы от режима нагрева и количественного и качественного состава окружающей среды, либо эти зависимости должны быть повторяющимися в пределах, по крайней мере, одной партии вещества.
5. Не должны взаимодействовать с материалом, в контакте с которым они находятся.
Эти требования показывают, что в настоящее время наиболее целесообразна разработка многопозиционных ТИВ.
Известно, что цвет веществ обусловлен электронными переходами в атомах между термами, причем окрашены те вещества, атомы которых переходят в возбужденное состояние при поглощении энергии 150-300 кДж/моль. Ванадийсодержащие соединения активно изменяют свою окраску в зависимости от температуры и условий окружающей среды вследствие изменения конфигурации электронной оболочки ванадиевых ионов.
Этим требованиям удовлетворяют ванадийсодержащие соединения, в частности, ванадиевые катализаторы и их отходы. Отходы производства ванадиевых катализаторов являются перспективными материалами, благодаря не только наличию ванадиевого компонента, но и наличию прочных высокотемпературных силикатных носителей (диатомит и др.), имеющих высокие адгезионные свойства на поверхности различных материалов.
Указанное позволяет предположить перспективность использования ванадиевых катализаторов и их отходов для получения на их основе многопозиционных цветовых термоиндикаторов, имеющих широкие пределы температурной индикации и большое число контрастных цветовых переходов.
В последние годы значительно усовершенствованы известные и разработаны оригинальные методики панорамной количественной диагностики температуры и теплообмена, использующие термооптические эффекты в жидких кристаллах (ЖК). Этот прогресс явился результатом как значительной модернизации аппаратных средств, разработки новых подходов к измерениям, так и создания новых ЖК материалов.
МЕТОД ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ТЕРМОГРАФИИ (ЖКТ).
Для измерения температуры с помощью ЖК используется эффект селективного рассеяния света на периодической структуре одного из типов ЖК, который называется холестерическим. Основными характеристиками ЖК являются: динамический диапазон рабочих температур DT, зависимость длины волны l, селективного отражения света (цвета) от температуры. l=f(T) — цветотемпературная характеристика, а также температурная чувствительность Dl/DТ. Известны составы, имеющие динамический диапазон температур от 0.02 до 50° в области температур от -30 до 250°С.
В зависимости от оптической схемы регистрации и калибровки все методы измерения температур с помощью ЖК можно разделить на две группы: методы, использующие регистрацию сигнала интенсивности селективного отражения монохроматического света; и методы, использующие регистрацию и обработку полного цветового телевизионного сигнала.
К первым относятся спектрозональная фильтрация и метод полос. При высокой точности метод фильтрации требует значительной памяти и высокого быстродействия ПК. Недостатком данного подхода является также длительность его реализации и, как следствие, невозможность исследования нестационарных процессов. Чтобы преодолеть указанные трудности, разработан метод, названный методом полос, который для некоторых задач может быть использован в качестве альтернативы фильтрации.
Наиболее полно возможности ЖК реализуются при использовании информации о цвете. Как правило, для регистрации оптического отклика ЖК применяются видеокамеры с сенсором, работающим по принципу приборов с зарядовой связью, а также их миниатюрные модификации. Захват отдельных кадров осуществляется интерфейсами, с помощью которых аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму (красную, Red; зеленую, Green; и синюю, Blue, компоненты) и запоминается в видеобуфере. Процесс измерения цвета состоит в определении координат точки цвета на плоскости цветов в той или иной колориметрической системе координат. Поэтому все методы оцифровки ЖК-термограмм различаются в основном выбором базисной колориметрической системы. Линейная система RGB, принятая в цветном телевидении, является декартовой системой координат, построенной в соответствии с трехкомпонентной теорией цветного зрения. Поскольку ХЖК отражают чистые спектральные цвета, эта модель не является идеальной для точной идентификации цвета. Поэтому для измерения цвета было предложено использовать нелинейную систему HSI, в которой цвет определяется по цветовому тону (Н), насыщенности (S) и интенсивности (I), а алгоритм преобразования RGB®HSI достаточно прост.
Цветовой тон в отличие от координат R, G, В монотонно изменяется с температурой, и данная зависимость может быть использована для калибровки и измерения температуры. Рабочий диапазон Н составляет от (10…40) до (220…250)°. Область пурпурных цветов находится в диапазоне Н=240-360° (область неопределенности цветового тона). Установлено, что калибровочная зависимость Н(Т) является достаточно устойчивой к неравномерности освещенности по полю изображения, диаметру апертуры диафрагмы, что является одним из преимуществ базиса HSI для цифровой обработки в ЖК термометрии.
Уникальные оптические свойства ХЖК, усовершенствованные экспериментальные методы и цифровая обработка видеоизображений позволяют осуществить как панорамную визуализацию, так и измерение распределения температур на поверхности при до-, сверх — и гиперзвуковых скоростях потока. Разработанные подходы применимы к широкому кругу задач исследования теплообмена и тонкой структуры течений, теплового контроля или контроля положения модели в потоке, в том числе некоторых нестационарных режимов.
Применение тепловизионной техники
Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы — тепловизоры (термографы), позволяющие улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину. Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.
Диапазон инфракрасного излучения делится на несколько фрагментов:
Длина Волны (мкм) Название
0.76-1.5 Ближнее инфракрасное Излучение
1.5-5.5 Коротковолновое инфракрасное излучение
5.6-25 Длинноволновое инфракрасное излучение
25-100 Дальнее инфракрасное излучение
Первые тепловизионные системы были созданы в конце 30-х гг. 20 в. и частично применялись в период 2-й мировой войны для обнаружения военных и промышленных объектов.
Общий принцип устройства всех тепловизоров следующий:
Инфракрасное излучение концентрируется системой специальных линз и попадает на фотоприемник, который избирательно чувствителен к определенной длине волны инфракрасного спектра. Падающее на него излучение приводит к изменению электрических свойств фотоприемника, что регистрируется и усиливается электронной схемой. Полученный сигнал подвергается цифровой обработке, и это значение передается на блок отображения информации. Блок отображения информации имеет цветовую палитру, в которой каждому значению сигнала присваивается определенный цвет. После этого на экране монитора появляется точка, цвет которой соответствует численному значению инфракрасного излучения, которое попало на фотоприемник. Сканирующая система (зеркала или полупроводниковая матрица) проводит последовательный обход всех точек в пределах поля видимости прибора и в результате мы получаем видимую картину инфракрасного излучения объекта. Чувствительность детектора к тепловому излучению тем выше, чем ниже его собственная температура, поэтому его помещают в специальное устройство — «холодильник». Наиболее примитивный, неудобный и самый распространенный вид охлаждения — с помощью жидкого азота. Это позволяет охладить детектор до низких температур, но носить с собой сосуды дьюара очень неудобно. Другой вид охлаждения — посредством элементов Пельтье (полупроводники, дающие перепад температур (тепловой насос) при пропускании через них тока). Есть еще один вид "неохлаждаемых тепловизоров", работающих по другому принципу, но характеристики их пока заметно хуже, зато они намного мобильнее.
Таким образом, на экране тепловизора мы видим значения мощности инфракрасного излучения в каждой точке поля зрения тепловизора, отображенные согласно заданной цветовой палитре (черно-белой или цветной).
Высокая чувствительность тепловизоров реализуется благодаря наличию высокочувствительных полупроводниковых приемников излучения из антимонида индия InSb, ртуть-кадмий-теллура Hg-Cd-Te и др.
Области применения методов тепловидения
Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. Например, тепловизоры применяются в целях военной разведки и охраны объектов. В ручной тепловизионный ночной визир человека можно увидеть в полной темноте на расстоянии 300 м. Объекты обычной военной техники видны на расстоянии 2-3 км. На сегодняшний день созданы видеокамеры данного микроволнового диапазона с выводом изображения на экран компьютера, чувствительностью (разрешающей способностью) отдельных участков поверхности в несколько сотых градуса.
Перспективно использование тепловизоров для нахождения дефектов в различных установках. Естественно, когда в какой-нибудь установке или узле наблюдается повышение или понижение тепловыделения при каком-нибудь процессе в местах, где этого не должно быть, или тепловыделение (теплопоглощение) в подобных узлах сильно различается, то неполадку можно своевременно исправить. Иногда некоторые дефекты можно заметить только с помощью тепловизора. Например, на мостах и тяжелых опорных конструкциях при старении металла или нерасчетных деформациях начинает выделяться больше энергии, чем должно. Появляется возможность диагностировать состояние объекта, не нарушая его целостности, хотя могут возникнуть трудности, связанные с не очень высокой точностью, вызванной наличием промежуточных конструкций.
Таким образом, тепловизор можно использовать как оперативный и, пожалуй, единственный контроллер состояния безопасности многих объектов и предотвращать катастрофы. Проверка функционирования дымоходов, вентиляции, процессов тепло — и массообмена, атмосферных явлений становится на порядок удобнее, проще, информативнее.
Широкое применение тепловидение нашло в медицине.
Применение тепловидения в медицине
В современной медицине тепловизионное обследование представляет мощный диагностический метод, позволяющий выявлять такие патологии, которые плохо поддаются контролю другими способами. Тепловизионное обследование служит для диагностики на ранних стадиях (до рентгенологических проявлений, а в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) следующих заболеваний: воспаление и опухоли молочных желез, органов гинекологической сферы, кожи, лимфоузлов, ЛОР-заболевания, поражения нервов и сосудов конечностей, варикозное расширение вен; воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек; остеохондроз и опухоли позвоночника. Как абсолютно безвредный прибор, тепловизор эффективно применяется в акушерстве и педиатрии.
У здорового человека распределение температур симметрично относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии и служит основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний. По участкам тела с аномально высокой или низкой температурой можно распознать симптомы более 150 болезней на самых ранних стадиях их возникновения.
Термография - метод функциональной диагностики, основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела, пропорционального его температуре. Распределение и интенсивность теплового излучения в норме определяются особенностью физиологических процессов, происходящих в организме, в частности, как в поверхностных, так и в глубоких органах. Различные патологические состояния характеризуются термоасимметрией и наличием температурного градиента между зоной повышенного или пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на термографической картине. Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое значение, о чем свидетельствуют многочисленные клинические исследования.
Выделяют два основных вида термографии:
1 .Контактная холестерическая термография.
2.Телетермография.
Телетермография основана на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический сигнал, который визуализируется на экране тепловизора.
Контактная холестерическая термография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их на термоизлучающие поверхности. Наиболее холодным участкам соответствует красный цвет, наиболее горячим- синий. Нанесенные на кожу композиции жидких кристаллов, обладая термочувствительностью в пределах 0.001о С, реагируют на тепловой поток путем перестройки молекулярной структуры.
Существуют визуальный и количественный способы интерпретации термографического изображения.
Визуальная (качественная) оценка термографии позволяет определить расположение, размеры, форму и структуру очагов повышенного излучения, а также ориентировочно оценивать величину инфракрасной радиации. Однако при визуальной оценке невозможно точное измерение температуры. Кроме того, сам подъем кажущейся температуры в термографе оказывается зависимым от скорости развертки и величины поля. Затруднения для клинической оценки результатов термографии заключаются в том, что подъем температуры на небольшом по площади участке оказывается малозаметным. В результате небольшой по размерам патологический очаг может не обнаруживаться.
Радиометрический подход весьма перспективен. Он предполагает использование самой современной техники и может найти применение для проведения массового профилактического обследования, получения количественной информации о патологических процессах в исследуемых участках, а также для оценки эффективности термографии.
Некоторые применения тепловизионных устройств в промышленности
Энергетика
— состояние дымовых труб и газоходов
— состояние статоров генераторов
— проверка маслонаполненного оборудования теплоизоляция турбин, паро — и трубопроводов
— обнаружение мест присосов холодного воздуха
— контроль состояния теплотрасс
Нефтегазовый комплекс
— проверка состояния электрооборудования
— контроль технологических линий
— поиск энергопотерь
— обнаружение утечек из газопроводов предотвращение пожаров
Энергосбережение
— диагностика ограждающих конструкций
— обнаружение теплопотерь во внутренних помещениях и снаружи зданий и сооружений
— определение теплоизоляционных свойств материалов
Химическая промышленность
Проверка герметичности и изоляции емкостей для хранения различных жидкостей и газов
Машиностроение
Контроль подшипников, зубчатых передач, валов, муфт и т. д.
Обнаружение несоосности оборудования
Контроль температурных режимов сварки
Термоэластический анализ напряжений
Микроэлектроника
Контроль качества сборки печатных плат
Автомобильная промышленность
Проектирование климатических систем автомобиля
Контроль за ультразвуковой сваркой амортизаторов
Разработка и проверка дисковых тормозов
Контроль теплообменных процессов в радиаторах, двигателях и выхлопных системах.
Национальный технологический университет (НТУ) является учреждением, предоставляющим услуги в сфере дополнительного профобразования на основании Лицензии, выданной департаментом образования Москвы. Мы приглашаем Вас пройти повышение квалификации по профстандарту программиста в связи с увеличением требований государства к квалификации специалистов в сфересвязи, информационных и коммуникационных технологий.
Повышение квалификации по профстандарту программиста
Профессиональный стандарт «Программист» № 4, утвержденный Приказом Минтруда РФ № 679н от 18.11.2013 года, устанавливает квалификацию, необходимую для профессионального осуществления деятельности. Данный документ зарегистрирован в Минюсте РФ под № 30635 и опубликован официально.
Проводится на базе среднего профобразования в целях расширения их профессиональных возможностей. Обучение подразделяется на краткосрочное, тематическое и длительное. Наиболее распространенными формами обучения являются очная, очно-заочная и дистанционная.
Обучение по профстандарту программиста может быть направлено на освоение:
методов и приемов формализации задач;
языков формализации функциональных спецификаций;
нотации программных продуктов для графического отображения алгоритмов;
алгоритмов решения типовых задач, областей и способов и применения и т.д.
На основании профстандарта программиста каждый специалист может наметить для себя направления, по которым требуется подтянуть знания. В процессе обучения слушатели познакомятся с практическими аспектами информационных и коммуникационных технологий. Особое внимание мы уделяем актуальным проблемам и современным тенденциям развития данной отрасли.
Сегодня работодателям стоит пересмотреть процедуру приема на работу новых сотрудников, аттестации работников и содержание должностных инструкций. С 01 июля 2016 года трудовая инспекция на законных основаниях может выписывать штрафы, если организации не применяют в своей работе профессиональные стандарты, утвержденные Минтрудом РФ.
Плюсы обучения в НТУ и как записать программистов на повышение квалификации
Повышение квалификации программистов проводится при помощи современных образовательных технологий. Записаться на обучение Вы можете, связавшись с нами по телефону или воспользовавшись специальной формой подачи заявки на этом сайте. В случае необходимости Вы можете посетить Национальный технологический университет лично и убедиться в высоком качестве предоставляемого образования.
Почему стоит выбрать именно нас:
- мы предлагаем на выбор более 1 000 учебных программ;
- наши цены ниже большинства предложений на рынке дополнительного профобразования;
- мы предоставляем Вам услуги персонального менеджера и гарантируем безупречное качество обслуживания;
- обучение проводится на основе современной материально-технической базы.
- уровень профессорско-преподавательского состава НТУ равняется уровню преподавателей ведущих ВУЗов страны.
введен для сотрудников, основным направлением деятельности которых является разработка программного обеспечения. Какие функции может выполнять программист в компании и каким требованиям он должен соответствовать, рассмотрим в нашей статье.
Описание профессионального стандарта программиста
Для специалистов, занятых разработкой программного обеспечения, профстандарт был утвержден приказом Минтруда РФ № 679н от 18 ноября 2013 года. Документ состоит из 4 разделов:
С помощью этого профстандарта работодатель сможет правильно распределить функции между сотрудниками, имеющими отношение к разработке программного обеспечения, и правильно назвать их должности.
Не знаете свои права?
Названия должностей в профстандарте и квалификационные требования к ним
В профстандарте для каждой обобщенной функции программиста назначен свой перечень возможных наименований должностей. При этом по общему правилу квалификационные требования предъявляются не к должности вообще, а к конкретному сотруднику, выполняющему отдельную обобщенную функцию. В связи с этим в профстандарте для программиста каждой обобщенной функции соответствуют разные названия должности и требования:
- младший программист и техник-программист могут иметь среднее профессиональное образование при полном отсутствии опыта работы;
- программист тоже может иметь только среднее профессиональное образование, но он, прежде чем занять эту должность, должен отработать как минимум 6 месяцев в сфере разработки программного обеспечения;
- старший программист и инженер-программист должны иметь уже высшее образование и опыт практической работы в своей области не менее года;
- ведущему программисту и ведущему инженеру-программисту необходимо уже иметь высшее образование, дополненное опытом работы от 3 лет.
Трудовые функции, закрепленные за программистом
Специалист в области разработки программного обеспечения может выполнять 4 обобщенных трудовых функций, предполагающие, что он может отвечать:
- за разработку и отладку программного кода;
- проверку работоспособности кода и его рефакторинг;
- интеграцию программных модулей и верификацию выпусков программного продукта;
- разработку требований к программному обеспечению;
- проектирование программного обеспечения.
Для каждой из перечисленных обобщенных функций предусмотрено несколько конкретизированных, в описании которых присутствуют разделы, дающие представление о трудовых действиях, совершаемых сотрудником, а также умениях и знаниях, которые от него требуются.
В заключение осталось сказать, что профстандарт, разработанный для программистов, должен использоваться при составлении штатного расписания и должностных инструкций. Поручая сотруднику исполнение той или иной функции, работодатель должен не только выбрать название должности из предложенных в профстандарте, но и проверить, соответствует ли сотрудник квалификационным требованиям, необходимым для ее выполнения.
Публикации по теме
-
Бизнес по производству и продаже питьевой воды: выгоден ли он?
В связи со сложившейся на сегодняшний день экологической ситуацией достаточно остро встает проблема качественной питьевой воды. В...
-
Идеи бизнеса на пляже. Психологический салон. Готовый бизнес на проведении психологических игр, тренингов и консультаций
Летнее кафе – привлекательный сезонный бизнес. Только сходит снег, люди устремляются на свежий воздух. Уставшие от полугодовой зимы...