2. Оптические пирометры.

На основе законов теплового излучения разработаны методы измерения температуры раскаленных тел, где оказываются непригодными обычные меры. Существуют специальные приборы для измерения температуры раскаленных и удаленных тел (например Солнца). Они называются оптическими пирометрами. Их можно разделить на три основные группы: 1) радиационные; 2) яркостные; 3) цветовые.

Р адиационные пирометры. Схема радиационного пирометра приведена на рис.3. Прибор наводится на излучатель так, чтобы резкое изображение излучающей поверхности, даваемое объектом полностью перекрывало приемник Пр. Контроль за этим осуществляется с помощью окуляра Ок. В качестве приемника применяется термостолбик. По отклонению стрелки гальванометра Г можно судить о температуре излучателя.

Рис.3

Яркостные пирометры. Наибольшее распространение получил метод определения температуры, основанный на сравнении излучения светящегося тела с излучением абсолютно черного тела на одном и том же фиксированном узком участке спектра Δλ. Обычно используется участок спектра, лежащий близ красной части спектра. Яркостный пирометр обычно называют пирометр с исчезающей нитью (Проминь). Этот тип пирометра используется в данной работе (рис.4).

1 – крышка; 2 – блок питания; 3 – страховочный ремешок; 4 – гнездо; 5 – тубус; 6 – дифрагма; 7 – поворотная обойма; 8 – апланатическая лупа; 9 – пирометрическая лампочка; 10 – ручка; 11 – линза; 12 – поглощающее стекло; 13 – диафрагма; 14 – тубус; 15 – переключатели; 16 – гайка; 17 – узел редуктора; 18 – основание; 19 – микропереключатель; 20 – кнопка включения прибора; 21 – кнопка включения нуль-индикатора.

Конструктивно пирометр "Проминь" выполнен в виде малогабаритного переносного прибора. Корпус пирометра (рис.3) состоит из камеры 1 и рукоятки 2. Камера корпуса закрывается крышкой 3, имеющей ручку 4 для регулирования сопротивления реохордов электроизмерительной схемы прибора. Стрелка 5 указывает направление поворота ручки 4, соответствующее уввеличению силы тока пирометрической лампочки.

В верхней части камеры корпуса находится узел переключателя диапазонов 8 с фиксацией каждого положения диапазонов измерений; узел окуляра 6 с светофильтром 7 и узел объектива 9. В нижней части камеры находится нуль-индикатор 11.

Внутри рукоятки пирометра (рис.4) размещен блок питания 2, который закрыт крышкой 1. Здесь же находятся кнопки включения прибора 21 и нуль-индикатора 20. Включение происходит при помощи микропереключателей 19.

В нижней части корпуса в гнезде 4 крепится страховочный ремешок 3. Это же гнездо служит и для установки прибора на штатив при работе пирометра в стационарных условиях.

Окулярная система прибора служит для рассматривания в монохроматических лучах нити пирометрической лампочки на фоне изображения накаленного тела, температура которого измеряем. Упрощенная оптическая схема пирометра представлена на рис.5. Узел окуляра состоит из тубуса 5, в котором установлены апланатическая лупа 8 и поворотная обойма 7. Поворотная обойма служит для ввода красного светофильтра в поле зрения при измерении высоких температур и вывода его из поля зрения при наведении "на резкость" при низких температурах. Тубус заканчивается выходной диафрагмой 6.

Узел объектива состоит из тубуса 14, линзы 15 и гайки 16. Перед объективом в корпусе находится диафрагма 13. При измерении температур в разных диапазонах в поле зрения между объективом и лампочкой 9 вводятся поглощающие стекла 12, размещенные к колодочке 11. Последняя может занимать три фиксированных положения с помощью ручки 10.

Внутри камеры корпуса в виде отдельного законченного узла размещена эдектроизмерительная система пирометра, все составные части которой смонтированы на основании 18, посредством которого весь узел крепится к корпусу.

Механическая связь реохордов, которая имеет между реохордами фотометрирование и измерение осуществляется с помощью узла редуктора 17, представляющего собой планетарный механизм оригинальной конструкции.

Цветовые пирометры. Некоторые типы таких пирометров по своему устройству напоминают радиационные (рис.3) и отличаются от последних тем, что перед объективом устанавливается, способный поворачиваться диск, с вмонтированными в него светофильтрами. Светофильтры пропускают свет в узкой спектральной области. С помощью такого пирометра устанавливают на какую длину волны приходится максимум излучения тела и по закону Винна находят температуру, которая называется цветовой температурой.

В данной работе определяют постоянную  в законе Стефана-Больцмана (5). Излучающим телом является волосок, который нагревается электрическим током от специальной установки, смонтированной на панели, где закреплены вольтметр и амперметр для измерения напряжения и силы тока в лампе накаливания.

При прохождении тока через лампу ее волосок нагревается и начинает светиться. Мощность излучения волоска определяется на основании закона Стефана-Больцмана:

(6)

где T – абсолютная температура волоска;

Т₀ - абсолютная температура окружающей среды;

S – площадь волоска;

А – коэффициент поглощения данного материала на волоске лампы накаливания.

Волосок излучает за счет мощности тока:

N=UI (7)

Приравнивая правые части (6) и (7) находим:

В эту формулу необходимо ввести поправку, учитывающую потери мощности тока вследствие теплопроводности, а также надо учесть, что волосок не является абсолютно черным телом. Расчетную формулу окончательно запишем в виде:

(8)

где К = 0.3 – поправочный коэффициент.

Температура волоска измеряется с помощью оптического пирометра.

рис.3а

Р ис.4.