3. Оптична пірометрія

Розділ технічних застосувань, що використовують закономірності теплового випромінювання для вимірювання температури нагрітих тіл, називається пірометрією. Пірометри - це прилади для вимірювання температури нагрітих тіл за інтенсивностю їх теплового випромінювання. Основна умова застосовності методів пірометрії полягає в тому, що тіло, температуру якого вимірюють за допомогою пірометра, повинне знаходитися в тепловій рівновазі і мати поглинальну здатність, що не занадто відрізняється від одиниці.

Розрізняють яскравісні, кольорові і радіаційні пірометри.

У найпростішому візуальному яскравісному пірометрі зі зникаючою ниткою (рис.4а) об'єктив О_б фокусує зображення нагрітого тіла на площину, у якій розташована нитка (стрічечка) Л спеціальної лампи розжарювання. Через окуляр Ок нитку розглядають на тлі зображення тіла. Якщо температура нитки пірометра нижче температури досліджуваного тіла, то вона видна на тлі зображення тіла у виді темної смужки (рис. 4б), а якщо її температура вище температури тіла, то нитка буде більш світлою, ніж поверхня тіла (рис.4в). Змінюючи силу струму за допомогою реостата R , можна змінювати яскравість нитки еталонної лампи. У той момент, коли яскравості нитки і досліджуваного тіла зрівняються, нитка зникає (рис.4г), а їхні температури будуть однакові.

Рис.4

Пірометр проградуїрован по АЧТ, тобто встановлено, які сили струму розжарення лампи Л відповідають “зникненню” нитки при різних температурах АЧТ. Іншими словами, за показниками вимірювального приладу G, що відповідають моменту “зникнення” нитки, можна визначити, яка температура АЧТ, що має в даному інтервалі довжин хвиль таку ж яскравість, що і яскравість тіла, що спостерігається. Якщо тіло, що спостерігається, є абсолютно чорним, то визначена в такий спосіб температура буде його істинною температурою. Для сірих тіл така температура називається яркісною.

Слід зазначити, що пірометр із “зникаючою” ниткою, як і будь-який тепловий прилад, інерційний і тому перед відліком температури по шкалі приладу G необхідно почекати 10 с, щоб встигла установитися теплова рівновага нитки лампи Л.

2. Виведення розрахункової формули

Оскільки в сірого тіла поглинальна здатність постійна і не залежить від частоти, закон Кирхгофа можна записати так:

(12)

Інтегруючи цей вираз по частоті в межах від нуля до нескінченності, одержимо:

(13)

де Rэ і Rэ^ -интегралні випромінювальні здатності сірого тіла й АЧТ.

При сталому процесі випромінювання потужність електричного струму, що підводиться до лампи, цілком перетворюється в енергію випромінювання, тобто

(14)

де P=IU- електрична потужність лампи, а S- площа спіралі (стрічечки) пірометра.

Підставляючи Rэ (14) і Rэ^ з (6) у формулу (13), одержимо:

(15)

Формула для розрахунку похибки поглинальної здатності сірого тіла має вид:

(16)

Похибки виміру сили струму і напруги визначаються по класу точності електровимірювальних приладів, а похибка виміру температури обчислюється за звичайніою формулою:

(17)

Кінцевий результат записуємо у виді:

a = a_ср2S_a