“Пирометры”

1. Оптический пирометр

Принцип действия основан на зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры (закон Планка).

Схема оптического пирометра с исчезающей нитью показана на рисунке 5, а. Излучение от объекта 1 при помощи линзы 2 и диафрагмы 4 объектива пирометра фокусируется на нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6, линзу окуляра 8 и красный светофильтр видит на фоне раскаленного тела нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости объекта излучения.

Если яркость нити меньше яркости тела, то на его фоне она выглядит черной полоской (рисунок 5, б); если температура нити больше, то она будет выглядеть как светлая дуга на более темном фоне (рисунок 5, г). При равенстве яркостей излучения объекта и нити, последняя “исчезает” из поля видимости оператора (рисунок 5, в) – этот момент соответствует равенству яркостных температур объекта измерения и нити лампы.

Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Измерительный прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой, что позволяет производить считывание результата измерения в градусах Цельсия.

2. Фотоэлектрический пирометр.

Принцип действия основан на зависимости интенсивности излучения в узком интервале длин волн спектра от температуры. В качестве приемников используется: фотодиоды, фоторезисторы и другие фотоэлементы.

Излучение от измеряемого тела 1 через объектив 2 и диафрагму 3 направляется через красный светофильтр 4 на фотоэлемент 5. На тот же фотоэлемент поступает излучение от излучателя сравнения 8. Фототок, возникающий в фотоэлементе, усиливается в усилителе 6 и поступает в силовой блок 7, который измеряет ток питания излучателя сравнения 8. Световые потоки от измеряемого тела и излучателя сравнения поступают на фотоэлемент не одновременно, а поочередно. Для этого в схеме предусмотрен электромагнитный вибратор 9 с заслонкой, которая направляет световой поток на фотоэлемент, то от излучаемого тела, то от излучателя сравнения. Если световые потоки не равны, то и импульсы фототоков в соответствующие моменты времени также не равны. В этом случае усилитель 6 и блок 7 будут изменять ток питания излучателя 8 до тех пор, пока фототоки в фотоэлементе и от излучателя и от объекта измерения не будут равны. При равенстве фототоков от объекта и излучателя сравнения производят измерение тока, подаваемого на излучатель сравнения, при помощи автоматического потенциометра по падению напряжения на образцовом резисторе 10. Шкала потенциометра проградуирована в градусах Цельсия абсолютно черного тела, поэтому измеренную температуру необходимо преобразовывать по определенному закону в реальную температуру.

3. Пирометры спектрального отношения.

Принцип действия основан на измерении цветовой температуры объекта по отношению интенсивности излучения в двух определенных участках спектра, каждый из которых характеризуется эффективной длиной волны λ₁ и λ₂.

Наибольшее распространение получили фотоэлектрические пирометры спектрального отношения, работающие по следующему принципу:

Излучение от измеряемого тела 1 поступает через объектив 2 пирометра на фильтр 3, изготовленного из фосфида индия, на котором световой поток частично отражается и через зеркало 4 направляется на кремниевый фотоэлемент 5, на котором под влиянием света возникает фото-ЭДС . Другая часть светового потока частично пропускается фильтром 3 и через зеркало 6 направляется на фотоэлемент 7, в котором возникает фото-ЭДС .

Эффективная длина волны отраженного фильтром 3 излучения λ₁=0,888 мкм, а длина волны пропущенного излучения λ₂=1,034 мкм. Выходное излучение фотоэлемента 7 уравновешивается частью выходного напряжения фотоэлемента 5 на реохорде 8 компенсатора напряжений. Положение движка реохорда 8 пропорционально отношению / , которое определяется цветовой температурой Т_ц измеряемого тела. Если не уравновешено на реохорде 8, то на вход усилителя 9 будет поступать сигнал, который будет вращать реверсивный двигатель 10, перемещающий движок реохорда 8. Сигнал на усилитель, а с него на реверсивный двигатель будет поступать до тех пор, пока не будет уравновешено.

В цепь фотоэлемента 7 дополнительно подается опорное напряжение к резистору 11 от стабилизатора напряжения 12.