Измерение яркостной температуры.

Яркостной температурой называется такая температура а.ч.т. в свете длины волны  , при которой спектральные энергетические яркости реального и а.ч.т. в лучах одной и той же длины волны  равны между собой.

0< <1; отсюда видно, что Т_Я<T для реальных тел, чем < степень черноты тем меньше Т_Я поэтому необходимо вводить поправку

Т=Т_Я+t

t – поправка на степень черноты.

Пирометры, которые измеряют яркостную температуру, называются пирометрами частичного излучения. Действие таких пирометров основано на сравнение яркости свечения тела, температура которого измеряется с яркостью образцового излучателя.

Сравнивание яркостей производится по наблюдению нити образцовой лампы накаливания на фоне исследуемого объекта. Если яркость объекта больше яркости нити, то нить видна в виде черной нити на ярком фоне. В противном случае нить ярко на фоне объекта. При равенстве яркостей нить не видна, поэтому такие пирометры часто называют пирометрами с исчезающей нитью.

меньше равна больше

яркость нити по отношению к фону

На фоне изображения светящегося окошка наблюдается нить лампочки накаливания. Регулируя ток через лампочку, добиваются уравнивания их яркостей в красном цвете. При этом нить лампочки становится невидимой - потому такой пирометр называют пирометром с “исчезающей” нитью.

Наиболее удобным здесь оказался красный цвет и именно через красный светофильтр производится в этом случае наблюдение (=660 нм).

Яркостные пирометры обеспечивают высокую точности измерения температуры, так как яркость нити растет гораздо быстрее, чем ее температура. Поэтому при измерении яркости с погрешностью в 1% обеспечивается погрешность измерения температуры не более 0,1%.

Поскольку яркость нити пропорциональна пятой степени тока накала, то шкала прибора будет весьма неравномерной. Однако при измерениях температуры объекта в узких пределах можно обеспечить высокую точность измерений.

1 – излучатель; 2 и 3 – линза; 4 и 6 – диафрагма; 5 – нить накаливания; 7 – светофильтр; 8 – линза окуляра; 9 – регистрирующий прибор; 10 – источник питания; 11 – реостат.

Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя "исчезает" из поля зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой АЧТ, что позволяет производить считывание результата в С.

Данный тип пирометров позволяет измерять температуру от 700 до 8000 С. Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 800 – 1400 С основная допустимая погрешность измерения составляет ±14С

1200-2000 С основная ±20 С.

1800 – 5000 С ±150С.

На точность измерения влияют неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а так же за счет отражения посторонних лучей.

Фотоэлектрические пирометры

1 – объектив; 2 – диафрагма; 3 – светофильтр; 4 – фотоэлемент; 5 – лампа обратной связи; 6 – электронный усилитель; 7 – 8 – автоматический потенциометр; 9 – модулятор света. 10 – зеркало; 11 – окуляр. Изображение источника излучения НТ нагретого тела с помощью объектива 1 в плоскости отверстия красного фильтра 3, установленного перед фотоэлементом 4. Неподвижная диафрагма 2, установленная за объективом, обеспечивает постоянство входного угла, а размер отверстия

светофильтра определяет ту часть светового потока, которая создаёт освещённость катода фотоэлемента. При фокусировке изображение объекта, которое рассматривается через визирное устройство, состоящее из окуляра 11 и зеркала 10, должно полностью перекрывать отверстие светофильтра. В этом случае световой поток, падающий на катод фотоэлемента, зависит только от яркости объекта, и следовательно от яркостной температуры объекта.

Через второе отверстие светофильтра на катод фотоэлемента подаётся световой поток от лампы 5, питаемой током выходного каскада силового блока 7. С помощью этой лампы в пирометре осуществляется обратная связь по световому потоку.

Перед светофильтром установлен модулятор света 9. С помощью этого устройства световые потоки от объекта и лампы обратной связи падают на катод фотоэлемента попеременно с частотой 50 Гц, что обеспечивается с помощью вибрирующей заслонки. При различии световых потоков излучателя 1 и лампы в токе фотоэлемента появится переменная составляющая, имеющая частоту 50 Гц. Усилитель 6 обеспечивает усиление переменной составляющей, а фазовый детектор (находится в составе силового блока) последующее выпрямление. Полученный входной сигнал подаётся на лампу, что вызывает изменение тока накаливания. Это будет происходить до тех пор, пока на катоде фотоэлемента световые потоки от двух источников не уравняются. Следовательно, ток лампы обратной связи однозначно связан с яркостной температурой объекта измерения. В цепь лампы включено калибровочное сопротивление падение напряжения на котором пропорционально силе тока и измеряется быстродействующим потенциометром, снабжённый температурной шкалой.

Пределы допускаемой погрешности до 2000С не превышают 1%.

Фотоэлектрические пирометры характеризуются малой инерционностью (до 10^-3 с), поэтому их используют для регистрации быстропротекающих температурных процессов, а также для измерений температуры малых объектов.