8Измерение температуры нагретых тел пирометрами излучения

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает.

Для измерения высоких температур (до 2500°С и более), где не могут быть применены другие приборы, используют пирометры излучения.

Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами.

Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 ⁰С и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому данные методы получили название бесконтактных.

Пирометры, бесконтактные измерители температуры, являются незаменимыми элементами цепей контроля и управления в целом ряде отраслей промышленности – металлургической, машиностроительной, электронной, химической, медико-биологической и т.д. Им нет альтернативы при измерении температуры движущихся (например металл на прокатном стане), труднодоступных или находящихся в опасных зонах (подстанции высокого напряжения) объектов.

При высокой температуре любое нагретое тело значитель­ную долю тепловой энергии излучает в виде потока световых и тепловых лучей. Чем выше температура нагретого тела, тем излучает больше интенсивность излучения. Тело, нагретое приблизи­тельно до 600°С, невидимые инфракрасные тепловые лучи. Дальнейшее увеличение температуры приводит к появле­нию в спектре излучения видимых световых лучей. По мере повышения температуры цвет меняется: красный цвет перехо­дит в желтый и белый, представляющий собой смесь излуче­ний разной длины волны.

Способность к излучению различна у разных поверхностей. Наибольшей лучеиспускательной и лучепоглощающей способ­ностью обладает так называемое абсолютно черное тело.

Энергия излучения неравномерно распределяется между колебаниями с разной длиной волны. Чем выше температура, тем большая доля энергии приходится на излучение с меньшей длиной волны. Например, в солнечном свете значительную долю составляет ультрафиолетовое излучение с малой длиной волны. Яркость излучения однозначно зависит от температуры, следо­вательно, измеряя яркость, можно определить температуру.

Существующие приборы для измерения температуры по интенсивности излучения градуируют по излучению искусствен­ного абсолютно черного тела. Поэтому при практических измерениях они заведомо имеют некоторую погрешность.

По принципу действия пирометры излучения разделяют на оптические и радиационные.

Оптический пирометр служит измерителем одноцветного (монохроматического) излучения, а радиационный пирометр - измерителем полного излучения.

9Принцип действия оптического пирометра

По принципу действия пирометры излучения разделяют на оптические и радиационные.

Оптический пирометр служит измерителем одноцветного (монохроматического) излучения, а радиационный пирометр - измерителем полного излучения.

Принцип действия оптического пирометра (рисунок 1) основан на сравнении яркости свечения нагретого тела и раскаленной нити специальной фотометрической лампы накаливания, распо­ложенной между глазом на­блюдателя и измеряемым объ­ектом. Сравнение происходит через красный светофильтр, пропускающий излучение только определенной длины волны (около 0,65 мк).

1 — фотометрическая лампа, 2 — свето­фильтр. 3 - указатель температуры, 4 — окуляр, 5 — реостат регулировки накала лампы, 6— объектив

Рисунок 1 - Схема оптического пиро­метра

а) б) в)

а — совпадение яркости нити и тела, температура которого измеряется, б — температура нити выше температуры тела, е — температура нити ниже тем­пературы тела

Рисунок 2 – Регулировка накала нити лампы оптического пирометра

Через окуляр наблюдатель направляет пирометр на измеряемый объект. Накал нити лампы (рисунок 2) регулируется реостатом. В цепь лампы, реостата и аккумуляторной батареи включен амперметр. Поскольку температура нити зависит от величины тока накала, то шкала амперметра градуируется непосредственно в единицах измеряемой температуры.

Электрические и оптические детали пирометра размещены в корпусе. Перед лампой расположен объектив и защитные светофильтры. Между глазом наблюдателя и нитью лампы находится окуляр, через который нить лампы видна в достаточно большом масштабе.

При измерении температуры наблюдатель смотрит сквозь оптический пирометр на нагретое тело и фокусирует объектив, добиваясь четкой видимости. Плавной регулировкой реостата увеличивают накал нити лампы, пока яркость ее свечения не совпадет с яркостью измеряемого нагретого тела (рисунок 2, а).

Если измеряемая температура выше 1400° С и яркость излучения объекта очень велика, то между объективом и лампой по­мещают поглощающий светофильтр, чтобы не перекаливать нить лампы.

Оптический пирометр ОППИР-017 (рис. 67) позволяет измерять температуру в пределах 800— 6000° С. Для питания пирометрической лампы применен сдвоенный щелочной аккумулятор НКН-10. Сила тока в лампе регулируется реостатом. Электро­измерительный показывающий прибор представляет собой диф­ференциальный амперметр с дву­мя рамками, который реагирует на изменение тока в цепи питания и напряжения на пирометричес­кой лампе. При этом автоматичес­ки учитывается изменение сопро­тивления нити лампы от темпера­туры ее накала. Использование такой схемы позволяет свести к минимуму нерабочий участок шкалы прибора, которая градуи­руется в градусах яркостной тем­пературы объекта измерения.