В статье представлена новая разработка АО «НПП «Эталон» – излучатель в виде модели абсолютно черного тела АЧТ 75/50/600. Являясь эталонным излучателем в виде модели абсолютно черного тела второго разряда, АЧТ 75/50/600 по своим техническим характеристикам и эксплуатационным возможностям достойно конкурирует с другими излучателями как отечественного, так и зарубежного производства.
В статье рассмотрены его основные возможности, технические характеристики, особенности работы и эксплуатации. Приведено сравнение с аналогами импортного и отечественного производства.
Автор: А. В. Куликанов, ведущий инженер СКБ, АО «НПП «Эталон», г. Омск
Описание решения
Для подтверждения своих метрологических характеристик и пригодности к применению рабочие средства измерения температуры бесконтактного типа (пирометры и др.) должны периодически проходить процедуры поверки или калибровки. Основным средством поверки и калибровки пирометров являются излучатели в виде модели абсолютно черного тела [1].
Излучатель в виде модели абсолютно черного тела АЧТ 75/50/600 – новая разработка АО «НПП «Эталон».
Он является рабочим эталоном 2‑го разряда согласно Государственной поверочной схеме для средств измерений температуры [2] и зарегистрирован в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений под № 89564‑23 [3]. Общий вид излучателя в виде модели абсолютно черного тела АЧТ 75/50/600 представлен на рис. 1.
Излучатель предназначен для воспроизведения и передачи единицы радиационной температуры, а также для градуировки, настройки, поверки и калибровки рабочих средств измерения температуры бесконтактного типа (пирометров и пирометрических преобразователей полного излучения, частичного излучения и спектрального отношения) в диапазоне температур от +50 до +600 °C. Принцип действия излучателя основан на законах Стефана – Больцмана и Планка, связывающих температуру черного тела и яркость его излучения.
Излучатель является стационарным изделием настольного исполнения и представляет собой моноблочную конструкцию в корпусе прямоугольной формы. В верхней части корпуса установлен термоблок с горизонтально расположенным нагревателем в виде цилиндрической полости, которая имеет выход на переднюю панель и оформлена апертурным отверстием. Нижняя часть корпуса содержит компоненты электрической схемы с элементами коммутации и органами управления излучателем.
Нагреватель имеет две зоны нагрева. Эти зоны автоматически контролируются с помощью датчиков обратной связи и алгоритма регулирования, что в совокупности с силовой электроникой обеспечивает создание равномерного температурного поля внутри полости нагревателя.
В рабочей зоне излучающей полости установлен прецизионный датчик, значение температуры которого отображается на лицевой панели излучателя. Показания этого датчика калибруются во время настройки АЧТ на предприятии-изготовителе с помощью эталонного пирометра 1‑го разряда. Таким образом, при градуировке, настройке, поверке и калибровке рабочих средств измерения температуры бесконтактного типа отпадает необходимость использовать внешний эталонный термопреобразователь сопротивления, а за значение температуры эталона при этом принимается значение температуры, отображаемое на лицевой панели излучателя.
Технические характеристики излучателя:
► диапазон воспроизводимой радиационной температуры – от +50 до +600 °C;
► коэффициент излучения полости – не менее 0,996;
► дрейф температуры излучателя за 15 мин для стационарного режима – не более ±0,1 °C;
► нестабильность поддержания температуры в стационарном режиме в течение 15 мин – не более ±0,1 °C;
► доверительные границы абсолютной погрешности воспроизведения радиационной температуры при доверительной вероятности 0,95 – не более ±(1 + 0,004 ∙ T) °C;
► время выхода излучателя с температуры +(20 ± 5) °C на стационарный режим 50 °C – не более 30 мин, на стационарный режим 600 °C – не более 60 мин;
► время перехода с одного стационарного режима на другой (в пределах половины рабочего диапазона) [4] – не более 30 мин;
► напряжение питания переменного тока 220 В;
► потребляемая мощность – не более 2,5 кВ∙А;
► размеры излучающей полости – диаметр 75 мм, глубина 320 мм;
► габаритные размеры (ширина × длина × высота) – не более 245 × 450 × 400 мм;
► масса – не более 18 кг.
Сравнение технических характеристик излучателя АЧТ 75/50/600 с аналогичными изделиями отечественного и зарубежного производства приведено в табл. 1.
Работа излучателя
Управление температурой излучателя и отображение необходимой информации о текущем режиме работы осуществляется с помощью органов управления и индикации, расположенных в нижней части передней панели под апертурным отверстием.
Для подключения излучателя к персональному компьютеру используется интерфейсный кабель стандарта
RS‑232. При этом возможно совместное использование интерфейсного кабеля с кабелем-адаптером USB-COM для подключения АЧТ к USB-порту компьютера.
Работа с излучателем на персональном компьютере осуществляется c помощью специализированного программного обеспечения Termocontrol.
Возможности программы Termocontrol:
► задание температурного режима для излучателя;
► графическое отображение температуры излучателя;
► изменение масштаба отображения графиков по времени и температуре;
► вывод текущих значений температуры, интегральной мощности и состояния широтно-импульсного модулятора на экран монитора ПК и в файл;
► настройка параметров излучателя (сервисная настройка и/или калибровка).
При работе с персональным компьютером ПО Termocontrol автоматически сохраняет результаты работы излучателя на жесткий диск ПК в реальном времени.
График выхода излучателя на температурный режим 50 °C, а затем переход на режим 600 °C показан на рис. 2. По графику видно, что время выхода на режим 50 °C составляет менее 20 мин, а время перехода с режима 50 °C на режим 600 °C составляет около 35 мин.
На рис. 3 и 4 показаны графики нестабильности работы АЧТ 75/50/600 на температурных режимах 50 °C и 600 °C. По графикам видно, что в обоих случаях нестабильность поддержания температуры составляет менее ±0,05 °C.
К основным достоинствам АЧТ 75/50/600 можно отнести:
► востребованный диапазон воспроизводимой радиационной температуры +50 до +600 °C;
► оптимальный диаметр излучающей рабочей полости 75 мм подходит для работы с большим количеством пирометров;
► высокий коэффициент излучения полости (0,996);
► индивидуальная калибровка;
► работа без внешнего эталонного термопреобразователя;
► является эталонным излучателем в виде модели абсолютно черного тела 2‑го разряда;
► тип средства измерения зарегистрирован в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений под № 89564-23 [3].
Выводы
Являясь эталонным излучателем в виде модели абсолютно черного тела второго разряда, АЧТ 75/50/600 по своим техническим характеристикам и эксплуатационным возможностям может достойно конкурировать с другими излучателями как отечественного, так и зарубежного производства.
Излучатель АЧТ 75/50/600 выполнен в удобном форм-факторе, не занимает много места на рабочем столе, имеет малые тепловые потери и практически бесшумен.
Излучатель является простым и удобным в эксплуатации. Управление излучателем как с ПК, так и с лицевой панели прибора интуитивно понятно и не вызывает затруднений.
Малое время перехода с одного режима на другой и быстрая стабилизация на заданном режиме позволяют оперативно менять температуру уставки и перемещаться внутри рабочего диапазона.
АЧТ 75/50/600 имеет одну высоту оптической оси с АЧТ 70/-40/80 (тоже производства АО «НПП «Эталон»), что является удобным при работе с двумя АЧТ сразу, так как исключает перестройку штатива пирометра во время измерений на оптической скамье.
Источники
1. ГОСТ Р 8.566-2012. ГСИ. Излучатели в виде моделей абсолютно черного тела. Методика поверки и калибровки.
2. ГОСТ 8.558-2009. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры.
3. Описание типа средства измерений № 89564-23. Излучатели в виде модели абсолютно черного тела АЧТ 75/50/600.
4. МП 207-010-2023. Излучатели в виде модели абсолютно черного тела АЧТ75/50/600. Методика поверки.
