31. Бесконтактные средства измерения температуры. Пирометрия.

Преимуществом бесконтактных методов является отсутствие искажения температурного поля объектом измерения. Недостаток – большая погрешность по сравнению с контактными методами. Этот метод применяют тогда, когда невозможно использовать контактные методы.

Все физические тела, температура кото­рых превышает абсолютный нуль, испускают тепловые лучи. Средства измерения, определяющие температуру тел по их теп­ловому излучению, называют пирометрами излучения или просто пирометрами. Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излучения, т. е. излучает волны всех длин, в диапазоне от 0 до . Видимое глазом человека излучение, называемое светом, охватывает диапазон длин волн 0,40—0,75 мкм. Невидимые лучи схватывают инфракрасный участок спектра, т. е. диапазон от  = 0,75 до =400 мкм, за которым следует постепенный переход в радиоволновой диапазон.

Спектральная энергетическая светимость – поток испускаемого излучения при данной температуре с единичной поверхности в интервале длин волн. Полная – полная энергия излучаемае во всем диапазоне длин волн.Интенсивность излучения зависит от длины волны и температуры тела (закон Планка).Реальные тела излучают меньшую энергию. Связь между абсолютно черным и реальным телом – степень черноты: . В зависимости от метода измерения пирометры разделяют на яркостные, цветовые и радиационные.

Принцип действия яркостных основан на зависимости от температуры интенсивности монохроматического излучения. Элемент сравнения – глаз оператора, который сравнивает интенсивность излучения измеряемого объекта и калиброванного источника.

Пирометры с исчезающей нитью.

О – объект измерений, 1 – объектив, 2 – серый светофильтр, 3 – нить накаливания, 4 – красный светофильтр, 5 – окуляр. Шкала миллиамперметра отградуирована в значениях яркостной температуры. Оператор наводит термометр на объект чтобы он был виден через оптическую систему прибора. На фоне яркого объека видит нить накаливания. Увеличивая ток через нить накаливания до тех пор пока интенсивность излучения нити не станет равной интенсивности объекта. По шкале прибора определяют яркостную термературу – температура абсолютно черного тела. Она всегда меньше истинной. Она тем больше отличается, чем меньше степень черноты. Т.к. реальные тела имеют различные степени черноты, то шкала атградуирована в значениях яркостной температуры, а в документах на прибор приводятся значения паправочного коэффициента.

При измерения высоких температур нить сильно раскаляется и происходит возгонка чего-то там, при этом надежность прибора понижается. Для увеличения срока службы при измерении высоких температур вводится серый светофильтр. Оптические пирометры применяют для измерения температуры от 300 до 6000 °С. Класс точности от 1,5 до 4%. Недостаток: субъективность – невозможность передачи результата на расстояние. Для их устранения были разработаны фотоэлектрические пирометры, в которых элемент сравнения – фотоэлемент, но они не получили большого распространения из-за сложности и невысоких метрологических характеристик.

Цветовые пирометры – измерения интенсивности излучения при двух длинах волн.

Тмах= const – закон смещения Вина. Зависимости спектрального излучения от длины волны и температуры. мах – длина волны, соответствующеая максимальной интенсивности излучения при данной температуре. При увеличении температуры мах смещается в сторону меньших длин волн, с – синий цвет, к – красный.

Отношение интенсивностей изменения при с и к существенно зависит от температуры. При изменении температуры от 1000 К до 20 000 К отношение изменяется в 200 раз. Преимущества: показания практически не зависят от степени черноты. Если характеристики объекта близки к характеристикам абсолютно серого цвета.

Радиационные пирометры – измерения интенсивности излучения во всем диапазоне длин волн. Преимущества: могут измерять более низкие температуры от 50 С, широкий диапазон измерений - 2000 градусов. Недостаток: показания существенно зависят от степени черноты, шкала градуируется в значениях радиационной температуры Т=Тр/ .

Благодаря появлению высокочувствительных полупроводниковых сенсоров, разработаны пирометры, позволяющие измерять температуру от -50 С. Высокая чувствительность, хорошая погрешность 0,5 С. Недостаток: сложность конструкции, высокая стоимость. Преимущества: возможность измерения температуры практически на любом расстоянии.

Цветовые пирометры

Принцип действия основан на измерении спектральных энергетических яркостей соответствующих двум длинам волн. Длина максимальной волны уменьшается с повышением температуры по законам Вика. Диапазаон измерений до 1400 градусов, класс точности 1.

Инфракрасные пирометры

Действие основано на измерении абсолютного значения излучаемой энергии в инфракрасном спектре на одной длине волны.

Пирометры могут наводиться на объект с любого расстояния и имеют ограничения в виде размера теплового пятна и прозрачности среды. Работают по принципу «навёл и выстрелил».