Оптические и цветовые пирометры.
Оптические пирометры используют для определения температуры посредством узкого участка измеряемого тела, выделенного с помощью цветофильтра. Величину температуры определяют по яркости свечения поверхности тела.
Измерения производят на длине световой волны около 0,65 микрометра (красная волна). Выбор этой длины обусловлен:
На этой волне яркое свечение поверхности увеличивается значительно быстрее, чем температура поверхности. Это позволяет получить большую чувствительность прибора.
Излучение поверхности большинства реальных тел близки на этой волне к абсолютно черным. Это позволяет существенно снизить погрешность на неполноту излучения.
Рассмотрим простейший оптический пирометр, в котором яркость свечения нити лампы накаливания сравнивается с эталонной лампой.
Оптическая система прибора совмещает поле зрения наблюдателя, изображение излучающей поверхности и нити накала эталонной лампы. Для определения температуры наблюдатель должен выровнять яркости свечения нити лампы и излучающей поверхности, меняя напряжение нити лампы.
Значение температуры может быть считано в момент равенства яркости лампы и излучающей поверхности по шкале прибора, контролирующей режим лампы.
Оптические пирометры применяются в диапазоне от 800 до 6000 С и обеспечивают погрешность от 0,7 до 3%. Дальнейшее повышение точности измерения достигается в цветовых пирометрах. В них определяют температуру тела по результатам измерения интенсивности излучения в двух узких диапазонах спектра. Это красный и сине-зеленый. Цветовые пирометры принципиально не дают погрешность при измерении температуры серых тел. Под серым телом понимается тело, коэффициент лучеиспускания которого не зависит от длины волны излучения. К таким телам близки реальные объекты измерения. Конструктивно, цветовой пирометр можно выполнить также, как оптический, достаточно предусмотреть возможность замены фильтра. Недостатком этого варианта яркостного и цветового пирометра является обязательное участие наблюдателя в процессе измерения температуры. Этот недостаток устранен в автоматических фотоэлектрических пирометрах.
Автоматические фотоэлектрические пирометры.
Строятся на основе яркостных и цветовых.
В таком пирометре излучение контролируемого тела поступает из оптической системы и светофильтр на фотоэлемент. На пути световых потоков расположен оптический модулятор, состоящий из диафрагмы (Д) и заслонки (З). Заслонка приводится в движение электромагнитным вибратором. Вибрация заслонки приводит к синусоидальной модуляции световых потоков тела и лампы.
Амплитуды переменных составляющих световых потоков оказываются пропорциональными яркостям свечения тела и нити лампы. Частота модуляции – 50 Гц. Фазы промодулированных световых потоков отличаются на 180 эл.
Полный световой поток, попадающий на фотоэлемент, определяется суммой промодулированных потоков излучения тела и лампы. Переменная составляющая светового потока определяется разностью потоков лампы и излучаемого тела. В результате оказывается, что амплитуда переменной составляющей результирующего потока пропорциональна разности яркостей, а фаза (0 или 180 ) этой составляющей определяется знаком этой разности. Эта переменная составляющая светового потока вызывает переменную составляющую фототока фотоэлемента.
Переменная составляющая фототока усиливается усилителем переменного тока. Усиленный сигнал попадает на фоточувствительный детектор (ФЧД). Эффективное значение его выходного напряжения зависит от величины и знака разности яркостей.
Выходной сигнал детектора усиливается усилителем УМ и питает после усиления лампу накаливания.
Значительный общий коэффициент усиления системы позволяет обеспечивать необходимую величину тока в лампе при весьма разной поверхности излучающих яркостей к нити лампы. Это обеспечивает высокую точность сравнения. О температуре объекта судят по току лампы. Этот ток измеряют автоматическим потенциометром посредством измерения падения напряжения на образцовом резисторе-потенциометре.