Оптична пірометрія.

Оптичні методи визначення температури засновані на зміні інтегральних і спектральних енергетичних світностей тіла у залежності від його температури.

В оптичних пірометрах одна з характеристик випромінювання досліджуваного тіла порівнюється із відповідною характеристикою випромінювання абсолютно чорного тіла. Порівнювання проводиться за принципом рівності інтегральних і спектральних інтенсивностей випромінювання.

Розрізняють три вида температур, функціонально пов'язаних з істиною термодинамічною температурою тіл: енергетичну (радіаційну) T_р, кольорову Т_кол, яскравісну (чорну) T_яс.

Під енергетичною (радіаційною) температурою розуміють температуру абсолютно чорного тіла, за якої його інтегральна енергетична світність однакова з інтегральною енергетичною світністю досліджуваного тіла.

Під кольоровою температурою тіла розуміють температуру абсолютно чорного тіла, при якій відношення спектральних енергетичних яскравостей для двох заданих довжин хвиль АЧТ і досліджуваного тіла близькі. При фотометруванні нагрітих тіл прийнято проводити вимірювання для значень λ, рівних 0,655 і 0, 467 мк. Для чорних і сірих тіл кольорову температуру наближено можна визначити за законом Віна:

Т_кол=b/λ_max

Під яскравісною температурою розуміють температуру абсолютно чорного тіла, при якій його спектральна енергетична яскравість дорівнює спектральній енергетичній яскравості досліджуваного випромінювання на тій же довжині хвилі. Температуру вимірюють на довжині хвилі λ =0, 66 мк.

У даній роботі визначається яскравісна температура нагрітого тіла, яка визначається за допомогою оптичного пірометра зі зникаючою ниткою. Робота пірометра заснована на візуальному порівнянні яскравості розжареної нитки лампи пірометра з яскравістю зображення досліджуваного тіла. Рівність яскравостей, спостерігаються через монохроматичний світлофільтр для λ =0,66 мк і фіксується по зникненню зображення нитки лампи пірометра на фоні нагрітого тіла. Розглянемо, як це робиться.

Градуювання пірометра. Припустимо, що маємо чорне тіло, нагріте до деякої температури T. Нехай на фоні цього нагрітого тіла розташована нитка розжарення спеціальної пірометричної лампи. Розглядаємо нитку і тіло крізь світлофільтр, що виділяє зі спектра обох об’єктів випромінювання довжину хвилі λ =0,66 мк. Регулюючи струм розжарення в нитці лампи, можна домогтися того, що нитка перестає бути видимою, тобто зникає на фоні розігрітого чорного тіла. Це має місце тоді, коли яскравості чорного тіла і нитки для вибраної довжини хвилі зрівняються. Визначимо величину струму розжарення нитки за даних умов. Виконаємо декілька таких операції для різних температур чорного тіла. Температуру чорного тіла виміряємо за допомогою термометра опору або термопари. Таким шляхом встановлюється відповідність між значеннями температури чорного тіла Т і струмами İ розжарення нитки, тобто будується графік İ=ƒ(Т). Після цього можна прийняти нитку лампи пірометра за термометр. Тепер можна виміряти температуру деякого нагрітого тіла. Для цього помістимо прокалібровану нитку на фоні світного тіла і домагаємося, щоб яскравості нитки і тіла зрівнялися. Фіксуємо величині струму İ, який нагріває нитку пірометра. Користуючись калібровочним графіком İ=ƒ(Т), можна знайти відповідну температуру чорного тіла. Якщо досліджуване тіло випромінює як чорне тіло, то його температуру можна знайти. Якщо ж тіло кольорове, то для визначення його температури потрібні деякі міркування.

Оскільки реальні тіла випромінюють не як чорні, то немає підстави вважати знайдену температуру запропонованим методом істинною температурою тіла. Так можна знайти лише яскравісна температуру тіла Т_яс. Яскравісна температура тіла завжди нижче його істинної термодинамічної температури. Це пов’язано з тим, що будь-яке нечорне тіло випромінює менше, ніж абсолютно чорне при однаковій температурі. Тому нечорне тіло, що має таку ж яскравість, як і чорне тіло, нагріто до більшої температури. Температура, яка визначається за допомогою пірометра, і є яскравою температурою досліджуваного тіла. Розходження між яскравою Т_яс та істинною термодинамічною температурою тіла Т може бути значним.

Дійсну температуру тіла T можна обчислити скориставшись законом Kіpхгoфa, за яким можна записати таке рівняння:

ε_λ,Tяс = r_{λ ,Т} = _{λ ,T}ε_{λ ,Т} (14)

де Т - дійсна, а Т_яс – яскрава температура тіла.

За формулами (7) і (14) можна отримати розрахункову формулу для визначення дійсної температури тіла T, якщо відома його яскрава температура Т_яс:

(15)

де с₂ = = 1,43880 · 10^{–2 (}м К).

Таким чином, визначивши яскраву температуру тіла Т_яс з досліду і скориставшись табличними даними для визначення коефіцієнта поглинання _λ,Т вольфрамового тіла при температурі T (приблизно), можна розрахувати дійсну температуру тіла.