Пирометры излучения.

Принцип действия основан на измерении лучистой энергии, испускаемой нагретым телом. Это бесконтактные преобразователи.

Пирометры подразделяются на:

1. Пирометры полного излучения (радиационные).

2. Пирометры частичного излучения (оптические).

3. Цветовые пирометры.

Важнейшей характеристикой излучения является спектральная (распределение энергии по различным участкам спектра).

. – спектральная плотность яркости. Вся энергия излучения – плошадь под кривой.

Согласно закону Кирхгофа отношение спектральной плотности яркости, температуры излучателя к его коэффициенту поглощения не зависит от рода излучателя.

- плотность поглощения

- спектральная плотность яркости такого излучателя, у которого коэффициент поглощения во всем спектре и при всех температурах = 1. Такое тело называется абсолютно черным (самое близкое к нему – Солнце).

Выражение для функции было установлено Планком в 1900 г.

Но за 4 года до Планка было уравнение Вина:

Уравнениями Планка можно пользоваться до 4000 К.

Но на измеренном интервале можно пользоваться уравнениями Вина.

Положение максимума кривой спектральной плотности яркости определим взяв первую производную и приравняв ее к нулю.

Полная энергия яркости определяется площадью под кривой спектральной плотности яркости.

Стефан и Больцман доказали, что

- постоянный коэффициент.

В инженерных расчетах:

Псевдотемпературы.

Все уравнения (Вина, Планка, Стефана-Больцмана) справедливы для абсолютно черного тела. На практике имеют дело с реальными серыми телами, у которых .

Различают:

1. Радиационной температурой не черного излучателя, имеющего температуру Т, называют такую температуру Т_Р абсолютно черного тела, при которой энергии яркости обоих тел равны.

- интегральный коэффициент поглощения.

2. Яркостной (черной) температурой нечерного излучателя, имеющего температуру Т, называют такую температуру Т_е абсолютно черного тела, при которой спектральные плотности яркостей обоих тел при одной и той же длине волны равны.

т.к. , то

3. Цветовой температурой нечерного излучателя, имеющего температуру Т, называют такую температуру Т_Ц абсолютно черного тела, при которой отношение спектральных плотностей яркостей обоих тел при длинах волн иравны.

Принципиальные схемы пирометров.

Пирометры полного излучения (радиационные).

Принцип действия основан на законе Стефана-Больцмана.

Пирометр состоит из датчика (приемника) и вторичного прибора. В зависимости от типа оптической системы датчики подразделяются на рефлекторные и рефракторные.

Рефлекторные используются для измерения низких температур (используется зеркало). В рефракторных используется линза.

Пирометры частотного излучения (оптические).

Основаны на уравнениях Вина и Планка.

Измеряют спектральную плотность яркости. Т.о. обязательный элемент – светофильтр (обычно красный).

Пирометр с исчезающей нитью (переносной).

ПС – серое поглощающее стекло.

СФ – светофильтр.

Человек смотрит в окуляр и увеличивает силу тока до тех пор, пока нить накаливания лампы не сольется (исчезнет) на фоне объекта. Эта сила тока измеряется в мА, но шкала проградуирована в градусах. Прибор показывает кажущуюся температуру. ПС используется для расширения диапазона измерений.

Диапазон измерений без ПС 800 - 1400С

Диапазон измерений с ПС 1400 – 2000С

Недостаток – субъективность оценки.

Для исключения этого недостатка используются фотоэлектрические пирометры.

М – модулятор

СФ – светофильтр

ФП – фотоприемник

ЛН – лампа накаливания

Цветовые пирометры.

Используют 2 светофильтра (синий и красный). Одним выделяют, а другим.

ЗУ – запоминающее устройство

БД – блок деления

С – синий светофильтр

К – красный светофильтр

Класс точности 1 – 1,5.

Измерение отношения спектральных плотностей при и.