Пирометры излучения

Используют зависимость величины и спектра излучения от температуры данного тела. Применяют в тех случаях, когда непосредственный контакт датчика температуры и объекта измерения нежелателен или невозможен. Такие случаи встречаются при очень высокой температуре объекта измерения, при размещении объекта в агрессивной среде или при измерении температуры подвижных объектов. Энергия, излучаемая данным телом характеризуется коэффициентом лучеиспускания. Данный коэффициент характеризует оптические свойства тела. Наибольшей излучающей способностью обладает абсолютно черное тело (=1).

Реальные объекты имеют различные коэффициенты лучеиспускания. Учесть все многообразие данных коэффициентов при производстве пирометров не представляется возможным. Поэтому все пирометры излучения градуируются по излучению абсолютно черного тела.

При измерении температуры реального тела пирометры дают погрешность измерения, обусловленную отличием коэффициента лучеиспускания этих тел от 1. Такая погрешность называется погрешностью на неполноту излучения.

Пирометры имеют три разновидности:

1. Радиационные.

2. Яркостные (оптические).

3. Цветовые.

Радиационные пирометры излучения.

Используют для измерения температур, где полный спектр излучения нагретого тела. Данное излучение фокусируется с помощью оптической системы – телескопа на рабочий конец термопары. Каждому значению температуры соответствует свой поток излучения, попадающий в телескоп и свое значение температуры. Для увеличения чувствительности в радиационных пирометрах излучения используют термобатареи.

Градуировка радиационных пирометров соответствует излучению абсолютно черного тела. При измерении реальных температур тел, когда 1, такие приборы дают ошибку на неполноту излучения. Такая ошибка может достигать 25-30%. Для уменьшения ошибки измерения стараются искусственно приблизить поверхность излучающего тела к абсолютно черной с помощью визирной трубки.

Радиационные пирометры используют в диапазоне от 100 до 4000 С.

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:

1. На этой волне яркое свечение поверхности увеличивается значительно быстрее, чем температура поверхности. Это позволяет получить большую чувствительность прибора.

2. 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.