4.12.4. Пірометри випромінювання

Все фізичні тала, температура яких перевищує абсолютний нуль, випускають теплові промені. Засоби вимірювання, що визначають температуру тіл по їх тепловому випромінюванню, називають пірометрами випромінювання, або пірометрами.

Теплове випромінювання є електромагнітне випромінювання, що випускається речовиною за рахунок його внутрішньої енергії.

З огляду на те, що інтенсивність теплового випромінювання різко убуває із зменшенням температури тіл, пірометри використовуються в основному для вимірювання температури від 300 до 6000 °С і вище. Для вимірювання температур вище 3000°С методів пирометрии є єдиними, оскільки вони не вимагають безпосереднього контакту датчика приладу з об'єктом вимірювання.

Як величини, що характеризують теплове випромінювання тіл, в пірометри використовується спектральна енергетична світимість (інтенсивність монохроматичного випромінювання, або випромінювальна) Е*_, повна енергетична світимість (інтегральна випромінювальна) Е*, а також спектральна енергетична яскравість В*_ (індекс * відноситься до абсолютно чорного тіла).

Пірометри, що вимірюють температуру яскравості по спектральній яскравості у видимій частині спектру, називають оптичними і фотоелектричними.

Температурою яскравості Тя реального тіла називають таку температуру абсолютно чорного тіла, при якій його спектральна яскравість В*,Тя _{рівна спектральній яскравості реального тіла В при його дійсній температурі Т.}

Прилади, що вимірюють температуру по значенню відношення енергетичних яркостей в двох спектральних інтервалах, називають колірними пірометрами, або пірометрами спектрального відношення.

Колірною температурою Тц реального тіла, що має дійсну температуру Т, називається така температура чорного тіла, при якій відношення його спектральних енергетичних яркостей В*1Тц/В*2Тяц _{при довжинах хвиль} 1 і _2 рівно відношенню спектральних енергетичних яркостей реального тіла В1/В2 _{при тих же довжинах хвиль.}

Прилади, що вимірюють температуру тіла по інтегральній випромінювальній, називають радіаційними пірометрами, або пірометрами повного випромінювання. Якщо чутливий елемент радіаційного пірометра сприймає інтегральну випромінювальну не у всьому діапазоні довжин хвиль від 0 до, а в деякому обмеженому інтервалі довжин хвиль від 1 _до 2_, то такий пірометр називають пірометром часткового випромінювання.

Радіаційною температурою Тр реального тіла, що має дійсну температуру Т, називають таку температуру чорного тіла, при якій його інтегральна випромінювальна Е* рівна інтегральній випромінювальній реального тіла Е.

4.12.4.1. Приймачі повного випромінювання

Приймачі повного випромінювання відрізняються тим, що їх спектральна чутливість постійна в широкому діапазоні довжин хвиль від дальньої інфрачервоної області до ближньої ультрафіолетової. Їх чутливість не залежить від довжини хвилі. Для збільшення поглинальної здатності чутливі поверхні приймачів офарблюють в чорний колір. У довгохвильовій області (починаючи з 20 мкм) чутливі поверхні приймача виконуються у вигляді незачорнених металевих шарів певної товщини. Для зменшення теплоотвода в середу приймач випромінювання поміщають у вакууні або газонаповнені корпуси. Застосовуються наступні типи приймачів повного випромінювання: термобатареї, болометри, теплові швидкодіючі індикатори, піроелектричні кристали і ін.

Термобатареї виконуються на основі термопар, сполучених послідовно (до 20 термопар). Їх гарячі спаї розташовуються на вузькій ділянці поверхні, на яку фокусується випромінювання. Термопари виконуються у вигляді тонкої фольги, проволікай або тонкої плівки, отриманої методом випаровування у вакуумі.

Болометри — це термометри опори, виготовлені або з фольги провідних матеріалів з температурним коефіцієнтом опору _R  10-3 К-1, або з напівпровідників (термисторов) з _R  10-3 К-1. Чутлива поверхня болометра з фольги для збільшення поглинаючої здатності зачернює.

Схеми включення болометрів вимагає наявність джерела живлення.

Теплові швидкодіючі індикатори виконуються у вигляді тонкошарової термопари або болометра, в яких активний шар має хороший тепловий контакт з підставою. Це дає можливість досягти порівняно високої швидкодії. Тому вони використовуються в першу чергу для ідентифікації могутніх сигналів, наприклад, для реєстрації високочастотного модульованого лазерного випромінювання.

Піроелектричні приймачі випромінювання — це кристали з певним виглядом симетрії, в яких залежно від зміни температури виявляється ефект спонтанної поляризації. Тому дані приймачі випромінювання не вимагають додаткових джерел живлення.

Найсильніше піроелектричні властивості виявляються в таких матеріалах, як монокристали і кераміка титанату барію, монокристали триглицинсульфата і ниобата барію-стронцію.