13.9.1.Графическая иллюстрация изменения е0.

Величина Е₀ графически соответствует заштрихованной на рисунке 13.13 площади под кривой распределения интенсивности излучения по длинам волн при данной температуре. На практике приходится измерять температуру реальных тел, свойства которых отличаются от свойств абсолютно черного тела.

Интенсивность излучения J и излучательная способность Е реальных тел при одной и той же температуре меньше аналогичных величин, присущих абсолютно черному телу:

где ε_λ < 1 спектральная и ε < 1 – интегральная степени черноты тела.

Рис. 13.13

λ_m – длина волны, на которую приходится максимум интенсивности излучения.

Для абсолютно черного тела полная энергия излучения с единицы поверхности:

Введем определения:

1. Коэффициент излучения – способность материала выпускать ИК излучения. 

2. Коэффициент отражения – способность материала отражать инфракрасное излучение, он зависит от качества поверхности и типа материала. 

3. Фактор прохождения – способность материала пропускать ИК излучения, он зависит от толщины и типа материала. Он указывает на пропускную способность материала к ИК излучения. 

Пирометры предназначены прежде всего для измерения теплового излучения в пределах от 100 до 6000 ºС и выше.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

1. пирометр суммарного излучения (ПСИ) – измеряется полная энергия излучения;

2. пирометр частичного излучения (ПЧИ) – измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участки спектра;

3. пирометры спектрального отношения (ПСО) – измеряется отношение энергии фиксированных участков спектра. В зависимости от типа пирометра различаются радиационная, яркостная, цветовая температуры (табл. 13.6);

4. Спектральная и интегральная степени черноты для различных материалов (ориентировочно) приведены в табл. 13.7.

Таблица 13.6

Таблица 13.7

2. Яркостные пирометры.

Яркостные пирометры – пирометры частичного излучения (ПЧИ). Измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра (рис. 13.14).

Рис. 13.14

Яркость поверхности объекта сравнивается с поверхностью образцового излучателя в видимой (узкой) части спектра (В = 400 до С = 750 нм) .

Большое значение будет иметь коэффициент неполноты излучения в данном диапазоне.

Показания не зависят от расстояния к объекту.

Яркостной пирометр с исчезающей нитью (ОППИР).

Применяется для измерения температур 800 - 1500°С.

Наблюдатель направляет трубу пирометра на объект и видит нить. Регулируя ток, он изменяет яркость свечения нити (рис. 13.15).

1 - наблюдатель; 2 - светофильтр; 3 - лампа с нитью накаливания (вольфрам); 4 - объект; 5 – оптический клин.

Рис. 13.15

Если яркость нити выше, то будет светящаяся нить на фоне темного объекта. Если яркость нити равна яркости объекта, то контуры нити будут размыты. В этот момент температура считывается по шкале амперметра. Шкала нелинейная, т.к. от тока зависит яркость.

Недостатком всех радиационных пирометров является то, что их показания определяются не только температурой, но и отражающей способностью поверхности исследуемого тела, конструктивными особенностями оптических и регистрирующих систем.

В оптических системах в определение энергии излучения Е ведется не для широкого диапазона длин волн 0 → _∞, а значительно меньшего (от λ₁ до λ₂), который зависит от пропускной способности применяемого объектива (рис. 13.16).

Рис. 13.16

Неправильная наводка телескопа на излучатель, неправильный выбор расстояния до источника излучения, поглощение энергии водяными парам и углекислым газом, содержащихся в слое воздуха, находящегося между излучателем и пирометром являются источником дополнительных погрешностей проводимых замеров. Оптимальным для замеров считается расстояние 0,8 -1,3 м.

С увеличением верхнего предела измерения и для температур 1000, 2000 и 3000 °С погрешность составляет соответственно ±12; ±20 и ±35 °С.

Чувствительность и инерционность приемников излучения и радиационных пирометров суммарного излучения в целом зависят от свойств преобразователей, заложенных в основу конструкции пирометра: термобатареи (набор термопар); терморезисторы, в том числе полупроводниковые термисторы.