28 Радиационные пирометры.

Пирометры полного излучения, или радиационные пирометры.

Эти пирометры основаны на зависимости от температуры инте­гральной мощности излучения АЧТ во всем диапазоне длин волн, определяемой законом Стефана - Больцмана:

Для реального тела эта зависимость определяется выражением

,

где ε— коэффициент теплового излучения (коэффици­ент излучательной способности), зависящий от материала излучателя и от состояния и температуры его поверхности. Пирометр, гра­дуированный по излучению АЧТ, при измерении на реальном объекте покажет так называемую радиационную температуру Т_p, значение которой всегда меньше действительной температуры объекта Т. Радиационной температурой объекта называется та­кая температура АЧТ, при которой его полная мощность излучения

(плотность излучении во всем диапазоне длин волн - от λ₁=0 до λ₂∞) равна полной мощности излучения рассматривае­мого объекта при температуре Т.

Связь между Т_р и Т определяется из равенства

откуда

Пирометры полного излучения применяются для измерения в диапазоне температур от -50 до +3500°С. Наиболее целесо­образно использовать такие пирометры для измерения темпера­туры объектов, излучательные свойства которых мало отлича­ются от свойств АЧТ.

При­емники излучения в пирометрах полного излучения должны иметь спектральную характеристику, близкую к характеристике АЧТ. Для повышения точности пирометров полного излучения в корпусе телескопа устанавливается образцовый источник излучения в виде АЧТ, температура которого поддерживается посто­янной. При помощи дифференциальной измерительной цепи сравниваются мощности излучения измеряемого объекта и АЧТ, потоки излучения которых с помощью вращающегося или колеблющегося зеркала попеременно подаются на приемник.

Разработаны различные оптические устройства, расширяю­щие области применения пирометров.

29 Яркостные пирометры.

Основаны на использова­нии зависимости от температуры мощности излучения в ограни­ченном диапазоне длин волн. Рабочий: диапазон измерений таких пирометров от –100 до +6000°С. Основная погрешность изме­рения для различных типов пирометров лежит в пределах до 2,5%, быстродействие 0,001 - 2,5 с.

Разновидностью пирометра частичного излучения является монохроматический яркостный пирометр, основанный на сравне­нии энергетической яркости объекта исследования с энергетиче­ской яркостью образцового излучателя в узком участке спектра излучения.

Вследствие неполноты излучения реальных тел яркостные пи­рометры измеряют не действительную температуру тела Т, а так называемую яркостную температуру Т_я.

Соотношение между дей­ствительной и яркостной температурами, как следует из законов излучения, определяется выражением

где ε — коэффициент теплового излучения для длины волны λ.

Большинство яркостных пирометров, работающих в видимой области спектра, снабжаются красным светофильтром, обеспечивающим эффективную длину волны. В зависимости от материала излучателя и состояния его по­верхности значения коэффициента теплового излучения ε ко­леблются в широких пределах: 0< ε ≤1. Сравнение энергетических яркостей объекта исследования и образцового излучателя может осуществляться автоматически или визуально человеком. Широкое применение для изме­рения температур в диапазоне 300—6000°С получили визуальные пирометры с исчезающей нитью. В таком пирометре изображение объекта путем перемеще­ния объектива совмещается с пло­скостью нити лампы накаливания. Наблюдая изображения объекта и нити через светофильтр и окуляр, наблюдатель меняет ток накала нити лампы до тех пор, пока середина на­каленной нити не исчезнет на фоне изображения объекта. Это свидетельствует о ра­венстве энергетических яркостей излучающего объекта и нити в области спектра, определяемого характеристикой пропускания красного фильтра τ(λ) и спектральной характеристикой чувстви­тельности глаза наблюдателя , максимум которой для нор­мальных глаз соответствует длине волны λ=0,555 мкм. Зависимость между током лампы и яркостной температурой определяется путем градуировки термометра по температуре АЧТ. Шкала такого пирометра имеет резко нелинейную харак­теристику, поскольку яркость нити примерно пропорциональна пятой степени тока накала нити. Равномерную шкалу можно по­лучить, если ток накала нити и, следовательно, ее температуру поддерживать постоянными, а выравнивание яркости нити и объекта осуществлять перемещением нейтрального поглотителя с переменной плотностью, устанавливаемого между объективом и температурной лампой.

Яркостная температура в этом случае определяется по шкале отсчетного устройства, регистрирующего положение клина. Для увеличения верхнего предела измерения пирометров при­меняются нейтральные поглотители с известным коэффициентом пропускания τ(λ), который определяется из выражения

где — длина волны; С₂ — вторая постоянная излучения; Т₁- температура АЧТ, измеренная пирометром без поглотителя; Т₂ - температура АЧТ, измеренная при наличии поглотителя.

30 Цветовые пирометры.

Пирометры спектрального отношения, или цветовые пиро­метры. Они показывают так называемую цветовую температуру тела Т_ц - условную температуру, при которой АЧТ имеет такое же относительное спектральное распределение энергетической яр­кости, что и исследуемое реальное тело с действительной темпе­ратурой Т.

Показания пирометра спектрального отношения соответствуют действительной температуре, если объект является абсолютно черным или серым телом, т. е. таким телом, у которого излучательная способность для всех длин волн одинакова.

Если ε зависит от длины волны, то связь между действительной и цветовой температурой определяется выражением:

(12-3)

Где — коэффициенты излучательной способности тела со­ответственно на длинах волн

Из выражения следует, что пирометры спектрального отношения, в отличие от пирометров полного или частичного из­лучения, показывают действительную температуру серых тел и их показания не зависят от излучательной способности тела до тех пор, пока .Для многих тел не остается постоянным с изменением длины волны. У металлов ε уменьшается сростом длины волны, у неметаллических тел в ряде случаев ε, наоборот, увеличивается. Поскольку при величина … , то измеренная цветовая температура, как следует из выражения (12-3), может быть больше, меньше действительной температуры или равна ей. Из этого же выражения следует, что цветовая температура Т_ц тела тем ближе к действительной температуре, чем больше раз­ность . В целом погрешности пирометров спектрального отношения меньше, чем у пирометров полного или частичного излучения. Их показания принципиально не зависят от расстояния до объ­екта исследования, а также от поглощения излучения в промежу­точной среде между объектом и пирометром, если .

В большинстве модуляция излучения осуществляется при помощи механических модулято­ров, приводимых в движение синхронными микродвигателями. В качестве приемников излучения применяются термобатареи (в пирометрах полного излучения), фотодиоды, фоторезисторы или пироэлектрические приемники. В некоторых приборах при­емники излучения термостатированы. Большинство пирометров имеют стандартный выходной сигнал постоянного тока 0—5 мА или 4—20 мА и постоянного напряжения 0—100 мВ или 0—10 В.