17. Средства измерения высоких температур. … Пирометры.

О бласть применения контактных методов измерения температуры ограничена значениями 2200-2500ºC. При более высокой температуре используют безконтактные методы. Эти методы основаны на способности физических тел излучать электромагнитные волны если температура тела выше температуры абсолютного нуля. Наука изучающая излучение тел называется пирометрия, а средства измерений, основанные на измерении интенсивности излучения – пирометры. Интенсивность излучения связана с температурным соотношением: E^*=C*T⁴ - з-н Ст.Больцмана. E^* - полная энергетическая светимость абсолютно черного тела. Из формулы видно что интенсивность излучения резко возрастает с увеличением температуры поэтому (до недавнего времени) пирометрическими методами пользовались при высокой температуре.

Полная энергетическая светимость зависит не только от температуры, но и от длины волны: , Е -спектральная энергетическая светимость.

E^*=C₁* ^-5*e^{-c2/ T} - Закон Вина.

E*=C₁* ^-5/(e^{-c2/ T}-1 ) – Закон Планка.

И нтенсивность излучения на разных длинах волн различна и эта зависимость имеет максимум - закон смещения Вина.

Пирометры классифицируются по принципу измерения и делятся на: оптические (яркостные) цветовые, радиационные.

Принцип действия яркостных пирометров основан на измерении интенсивности монохроматического излучения (при одной длине волны).

1 - объект измерения, 2 – объектив, 3- серый светофильтр, 4- нить накаливания, 5- красный светофильтр, 6 – окуляр, 7- миллиамперметр.

С помощью R устанавливают светимость вольфрамовой нити, а амперметр отсчитывает показания. С помощью пирометров определяют не истинную температуру, а температуру, которая называется яркостной, световой, радиационной. Для того чтобы определить истинную температуру необходимо знать степень черноты тела. При высоких температурах (выше 1500^oС) вольфрамовая нить разгоняется. При высокой температуре используется дополнительный, серый светофильтр.

П ри измерениях 3 случая:

Такие пирометры используются для измерения температура от 800-6000⁰C. Класс точности от 1 до 4.

Цветовые пирометры. В основу работы положена зависимость обратного значения цветовой температуры от логарифма отношения спектральных энергий светимостей соответствующих разным видам волн 1/T=f(ln(E ₁/E ₂)). В этих пирометрах используется закон смещения Вина. При изменении температуры от 1000 до 2000⁰K отношение спектральной светимости может изменяться в 10 тысяч раз, что свидетельствует о высокой чувствительности метода.

В промышленных пирометрах измерения на соответствующих длинах волн соответствует красным и синим цветам. Из закона Планка следует, если измеряемый объект абсолютно серое тело, то цветовая тем-ра = истинной температуре объекта. Показания не зависят от степени черноты. К абсолютно серым телам относится стекло.

Радиационные пирометры. Основаны на измерении интенсивности излучения во всём спектре длин волн. Он состоит из зеркала, в фокусе которого располагается термопара. Для увеличения чувствительности и улучшения динамических характеристик используют несколько термопар (до 10), включённых последовательно и изготовленных из проводников 50-70 микрон.

Метрологическое обеспечение.

Гос. эталон состоит из двух частей. 1 – диапазон 0,8-273,16 К; 2 – 0-2500.

Для реализации поверочной схемы имеются реперные точки: тройная точка воды; точки плавления индия, цинка.

1 – пары воды

2 – лед

3,4 – вода

Колба помещается в холодильник так, чтобы вся жидкость, находящаяся между стенками колбы, замерзла. Во внутреннюю полость наливается теплая вода, так, чтобы в области 3 образовалась вода, и затем 4 заполняют водой с температурой примерно равной 0^оС. В системе устанавливается термодинамическое равновесие с температурой тройной точки воды. В область 4 помещают поверяемый термометр.