20. Устройство пирометров излучения.

В зависимости от метода измерения пирометры разделяются на квазимонохроматические, спектрального отношения (или спектрального распределения), полного (или частичного) излучения. В названии пирометра может указываться тип приемника излучения, например фотоэлектрический (фотоэлемент, фоторезистор, фотодиод и т. п.) или термоэлектрический (термобатарея). Иногда в названии пирометра указывается способ сравнения излучения объекта измерения с излучением эталонного источника, например пирометр с исчезающей нитью или пирометр с оптическим клином. Квазимонохроматический пирометр с исчезающей нитью. Излучение от объекта измерения проходит через объектив и фокусируется в плоскости. В этой же плоскости расположена нить пирометрической лампы. Изображение объекта измерения и нити пирометрической лампы может быть рассмотрено наблюдателем (пирометристом) через окуляр. Между нитью пирометрической лампы и окуляром располагается красный светофильтр. Между объективом и нитью пирометрической лампы может вводиться поглощающее стекло. Для изменения накала нити применяется реостат, который изменяет ток, проходящий через нити пирометрической лампы от источника питания. Значение тока измеряется прибором, отградуированным в значениях яркостной температуры. Пирометры спектрального отношения для промышленных измерений температуры, как правило, выпускаются автоматическими. Поэтому их правильнее называть фотоэлектрическими пирометрами спектрального отношения. В зависимости от спектральных характеристик фотоэлементов они воспринимают излучение в видимой или в инфракрасной области спектра. Существует большое число различных по принципу построения схем пирометров спектрального отношения, каждая из которых имеет свои положительные и отрицательные свойства. Цветовые пирометры выпускаются на предел измерения от 200 до 2800°С с под диапазонами по 200—800 °С. Предел основной погрешности цветовых пирометров не превышает 1% верхнего предела измерения каждого поддиапазона. В настоящее время начинает получать распространение так называемый пирометр истинной температуры ПИТ-1, который представляет собой пирометр спектрального отношения, осуществляющий автоматическое введение поправок, вычисляемых на основе информации, хранящейся в памяти прибора. Пирометр рассчитан на диапазон измерения 800—2000 °С. Погрешность измерения действительной температуры вследствие изменения коэффициента теплового излучения измеряемого тела от 0,3 до 1 не превышает ±1 %. Пирометры полного излучения являются наиболее простыми по устройству. Комплект пирометра состоит из первичного преобразователя (телескопа) и вторичного прибора. В качестве чувствительного элемента, воспринимающего излучение, применяются чаще всего термобатареи из нескольких термоэлектрических термометров или специальных термозависимых резисторов — болометров. Для концентрации излучения на спаях термобатареи или на чувствительном элементе болометра применяют рефракторные (с собирающей линзой) или рефлекторные (с вогнутым зеркалом) оптические системы. Для того чтобы, получить однозначную зависимость термо-ЭДС термобатареи (или сопротивления болометра) от потока излучения, необходимо поддерживать свободные концы термобатареи (или корпус болометра) при постоянной температуре.

21. Термометры и пирометры для специальных измерений температуры

Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

Серийно выпускаемые пирометры применяются для измерения температур от 20 до 6000 °С. Бесконтактные методы измерения теоретически не имеют верхнего предела измерения и возможности их использования определяются соответствием спектров излучения измеряемых тел или сред и спектральных характеристик пирометров. Если для каких-либо условий могут быть использованы и контактные и бесконтактные методы измерения, то, как правило, предпочтение следует отдать контактным, так как они позволяют обеспечить более высокую точность измерения.

Впервые прибор для измерения температуры был предложен в 1598 г. Галилеем. Затем М. В. Ломоносовым, Фаренгейтом были разработаны термометры, появились шкалы Реомюра и Цельсия. Все эти температурные шкалы строились следующим образом. Выбирались две опорные (или реперные) точки. Как правило, для этого брались точки фазового равновесия чистых веществ. Изменение термометрического свойства в интервале между реперными точками аппроксимировалось линейной зависимостью от температуры: Т == То + kC, (1.2) где То — значение температуры в одной из реперных точек; С — значение термометрического свойства при температуре Т; k — коэффициент пропорциональности, определенный по значениям термометрических свойств и температур в реперных точках. В процессе исследований выяснилось, что температурные шкалы, построенные на одних и тех же реперных точках, но использовавшие различные термометрические вещества, давали различные значения температуры. Это объясняется тем, что термометрические свойства веществ по-разному изменяются с температурой, причем все эти зависимости нелинейны. В связи с этим возникла проблема создания температурной шкалы, которая не зависела от термометрических свойств веществ. Такая шкала была предложена в 1848 г. Кельвиным и называлась тер- модинамической. В основу построения термодинамической шкалы Кельвин взял идеальный цикл Карно, в котором работа, полученная в этом цикле, зависит только от температур начала и конца процесса. Таким образом, термодинамическая шкала, предложенная Кельвиным, не зависела от термометрических свойств, однако для практического измерения температуры она была неудобна: нужно было либо измерять количество теплоты, либо при использовании термометров, заполненных реальными газами, вводить для каждого значения температуры различные поправки. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре, в зависимости от температуры. Стеклянные термометры по своей конструкции бывают палочные и с вложенной шкалой. К достоинствам стеклянных жидкостных термометров относятся высокая точность измерения, простота и дешевизна. Недостатками стеклянных термометров являются относительно плохая видимость шкалы, практическая невозможность передачи показаний на расстояние и, следовательно, невозможность автоматической регистрации показаний, а также невозможность ремонта термометров. В зависимости от области применения по методике градуировки термометры делятся на две группы: термометры, градуируемые при полном погружении, и термометры, градуируемые при неполном погружении (как правило, при определенной длине по- гружения нижней части).