Пірометри вимірювання

7.1. Прпнцпп дії та конструкції

Усі фізичні тіла, температура яких перевищує абсолютний нуль, випромінюють теплові промені.

Засоби вимірювання, які визначають температуру тіл відповідно до їх теплового випромінювання, називають пірометрами випромінювання або просто пірометрами.

Теплове випромінювання являє собою електромагнітне випромінювання, яке виділяє речовина чи тіло за рахунок його внутрішньої енергії.

Оскільки інтенсивність теплового випромінювання різко зменшується зі зменшенням температури тіл, пірометри використовують для вимірювання температур від 300 до 6000°С та вище. Для і > 3000 °С пірометри фактично єдині в застосуванні, оскільки вони безконтактні, тобто не вимагають безпосередньо контакту давача приладу з об'єктом дослідження. Теоретично верхня межа вимірювання температури пірометрами випромінювання не обмежена.

Безконтактні методи вимірювання володіють тією позитивною властивістю, що при використанні їх не спотворюється температурне поле об'єкту вимірювання. В той же час для тих інтервалів температур, де можуть застосовуватись контактні методи, останнім віддається перевага завдяки їх більш високої точності.

Більшість твердих та рідких тіл має суцільний спектр випромінювання, тобто випромінює хвилі усіх довжин в діапазоні від 0 до Випромінювання, яке сприймається оком людини і називається світлом, охоплює діапазон довжин хвиль 0,40-0,75 мкм. Невидимі промені охоплюють інфрачервону ділянку спектра, тобто діапазон від ^.=0,75 до А-400 мкм, за яким відбувається поступовий перехід до радіохвильового діапазону. Промені з ^.<0,40 мкм також невидимі та відносяться до ультрафіолетового діапазону, за яким розташовуються рентгенівські та гама-промені.

У пірометрах випромінювання використовуються в основному промені видимого та інфрачервоного діапазонів. Випромінювання температури тіл за їх тепловим випромінюванням застосоване на закономірностях, отриманих для абсолютного чорного тіла. Як величина, яка характеризує теплове випромінювання тіла, в пірометрії використовується спектральна енергетична яскравість. Енергетична яскравість реального та абсолютного чорного тіла пов'язані між собою коефіцієнтом спектрального випромінювання £ ; , який є функцією довжини хвилі X та температури Т.

Оскільки значення Є^ для реальних тіл відмінні одне від одного, не має можливості створити єдину шкалу приладу, відградуйовану в значеннях істинної температури різноманітних об'єктів. У зв'язку з цим шкалу пірометра градуюють за випромінюванням чорного тіла. Оскільки випромінювальна здатність реальних тіл менша, ніж чорних тіл, то покази пірометра будують відповідати не дійсній температурі реального тіла, а так званій яскравістній температурі.

Зв'язок між дійсною температурою Т та яскравістною температурою Т„ реального тіла встановлюється за допомогою виразу:

1 1 X , 1

= —ІП , (7.!)

^тя Т с₂

де Я - довжина хвилі теплового випромінювання, яка сприймається пірометром; Є - коефіцієнт спектрального випромінювання; с₂ - константа (о= 1,4388' І О"² м-К); 7"_ята Т- яскравістна та дійсна температури в градусах Кельвіна.

Пірометри, які вимірюють яскравістну температуру за спектральною яскравістю у видимій частині спектра, називають оптичними та фотоелектричними.

Прилади, які сприймають випромінювання від об'єкта у всьому спектральному діапазоні називаються радіаційними пірометрами або пірометрами повного випромінювання. Вони вимірюють температуру тіла за їх інтегральним випромінюванням, тобто радіаційну температуру.

Радіаційною температурою Т_р реального тіла, який має істину температуру Т, називають таку температуру абсолютного чорного тіла, при якій його інтегральне випромінювання дорівнює інтегральному випромінюванню реального тіла. Відповідно до цього визначення

^Т = ^ТР<⁷'²>

де £ коефіцієнт повного випромінювання.

Конструктивно пірометри складаються з пристроїв та елементів, які сприймають та перетворюють потік теплового випромінювання на шляху від об'єкту випромінювання до чутливого елемента, а також вторинних приладів, які дозволяють сигнал випромінювання перетворити в значення температури.