Билеты Соболевский / 56. Оптическая пиромерия

56. Оптическая пирометрия

Пирометрия – совокупность оптических (бесконтактных) методов измерения температуры.

Пирометры – проборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра.

радиационные

яркостные

цветовые

Пирометры

Прибор наводится на излучатель так, чтобы резкое изображение излучающей поверхности , даваемое объективом Об, полностью перекрывало приемник излучения Пр. Контролируется это при помощи окуляра Ок. В качестве приемника обычно применяют термостолбик.

1). Радиационные пирометры

По отклонению стрелки гальванометра G можно судить о температуре излучателя.

Действие таких приборов основано на зависимости от температуры полной энергетической яркости тела, описываемой формулой Стефана-Больцмана.

Соответствующий расчет дает, что в случае, когда изображение излучателя полностью перекрывает приёмник, поток энергии, падающий на приемник, независимо от расстояния до излучателя, пропорционален энергетической светимости излучателя. Строго говоря, это справедливо, только если излучателем является абсолютно черное тело. Чтобы исключить влияние трудно учитываемых факторов излучения на пути к приемнику, прибор градуируют по АЧТ, нанося против деления шкалы гальванометра соответствующую температуру.

Для нечерного тела показания радиационного пирометра дают не истинную температуру Т, а то значение температуры , при котором энергетическая светимость АЧТ энергетической светимости R исследуемого тела при его истинной температуре Т:

Температура Т называется радиационной.

Связь между радиационной температурой нечерного тела и его истинной температурой T:

– отношение энергетических светимостей данного тела R и АЧТ , взятых для одной температуры.

• 

Далее выразим через температуру согласно закону Стефана-Больцмана и придем к отношению:

, откуда:

Так как для нечерных тел меньше единицы, то истинная температура больше радиационной.

приводится в справочниках для различных излучателей.

2). Яркостные пирометры – Пирометр с исчезающей нитью

Имеющая форму полуокружности нить лампочки Л лежит в плоскости, перпендикулярной к оси прибора. Объектив Об создает в этой же плоскости изображение поверхности исследуемого излучателя. Светофильтр Ф пропускает к окуляру Ок лишь красные лучи. Наблюдая через окуляр, подбирают с помощью реостата Р такой накал нити, чтобы её яркость совпадала с яркостью изображения излучателя (она исчезает – становится неразличимой на фоне изображения)

Метод определения температур, основывающийся на сравнении излучения светящегося тела с излучением АЧТ на одном и том же фиксированном участке спектра . Обычно используется участок красной часть спектра ().

Аналогично радиационному пирометру прибор градуируют по АЧТ, нанося против деления шкалы гальванометра соответствующую температуру.

Для нечерного тела прибор дает значения температуры , при котором яркость АЧТ для равна яркости исследуемого тела при истинной температуре T.

Можно показать: , где – поглощательная способность исследуемого тела при истинной температуре T для пропускаемой светофильтром .

Из данной формулы видно, что истинная температура T нечерных тел всегда больше яркостной температуры ().

Значения приводятся в справочниках.

3). Цветовые пирометры

Для серого тела испускательная способность: , где – const.

Значит, максимум испускательной способности серого тела при температуре T придется на ту же длину волны , что и для АЧТ при той же температуре. Поэтому при известной можно найти температуру серого тела по закону Вина:

Данная температура называется цветовой.

Вместо исследования всего спектрального распределения, для определения температуры серого тела достаточно найти отношение его испускательных способностей для двух длин волн:

Для цветовой температуры получим формулу:

Для серых и АЧТ вычисленная температура совпадает с истинной. Для тел не слишком отличающихся от серых цветовая обычно выше истинной. Для сильно отличающихся понятие цветовой температуры теряет смысл.

Цветовые пирометры бывают разных типов. Один из них отличается от радиационного только тем, что перед объективом установлен вращающийся диск с вмонтированным в него красным и синим светофильтрами. В цепи приемника получается периодически изменяющийся ток, отношение максимумов и минимумов которого тем больше, чем больше отношение испускательных способностей. Электронная схема преобразует ток таким образом, что показания прибора оказываются пропорциональны . Прибор градуируют по АЧТ.

Поверхность Солнца по своим свойствам близка к АЧТ, судя по малому различию между радиационной и цветовой температурами.