1.Цель работы

Целью работы является изучение конструкции и принципа действия радиационного и оптического пирометров, а также приобретения практических навыков по измерению температуры пирометрами излучения; необходимо освоить методику поверки радиационных пирометров с помощью оптических пирометров.

2. Основные сведения о пирометрах излучения

2.1. Законы излучения нагретых тел

Пирометры излучения используют для измерения температуры нагретых тел в пределах 100 – 6000 С. Действие этих приборов основано на измерении излучаемой телом энергии, зависящей от его температуры и физико-химических свойств. Известно, что с повышением температуры нагретого тела интенсивность его излучения быстро возрастает. При нагреве до 500С тело излучает невидимые инфракрасные лучи большой длины волны, однако дальнейшее увеличение температуры вызывает появление и видимых лучей меньшей длины волны, благодаря которым тело начинает светиться. Вначале раскаленное тело имеет темнокрасный цвет, который по мере роста температуры и появления лучей постепенно убывающей длины волны переходит в красный, оранжевый, желтый и, наконец, белый цвет, состоящий из комплекса лучей разной длины волны.

Одновременно с увеличением температуры нагретого тела и изменением его цвета сильно возрастает интенсивность монохроматического (одноцветного) излучения для данной длины волны (яркость), а также заметно увеличивается интегральное (полное) излучение телом энергии, что позволяет использовать эти два свойства нагретых тел для измерения температуры.

Интенсивность монохроматического излучения абсолютно черного тела E__,_T может быть определена по уравнению Планка:

, Вт/м³ (1)

где С₁и С₂ – постоянные (С₁ = 3,6910^-16 Вт/м² и С₂ = 1,4310^-2 мград);

  длина волны, м;

T – температура, K;

e – основание натуральных логарифмов.

Из уравнения (1) следует, что интенсивность монохроматического излучения абсолютно черного тела сильно растет с повышением температуры, весьма неодинакова для лучей различной длины волны и при любой температуре имеет определенный максимум, смещенный для высоких температур в область коротковолновой части спектра.

Для сравнительно невысоких температур (до 2900 K) используют упрощенное уравнение, предложенное Вином:

, Вт/м³ (2).

Уравнение (2) положено в основу измерения температуры по интенсивности монохроматического излучения (яркости) нагретого тела в лучах определенной длины волны , равной 0,65 мкм (красный цвет), при помощи приборов, называемых пирометрами частичного излучения (квазимонохроматические пирометры).

Интегральная мощность излучения E_Tабсолютно черного тела при различных температурах определяется путем интегрирования уравнения (1) в пределах изменений  от 0 до . В результате получаем уравнение Стефана  Больцмана:

, Вт/м² (3)

где  - постоянная, равная 2,0810^-4 Дж/(м²*град)

Уравнение (3) положено в основу измерения температуры по интегральной мощности излучения нагретого тела посредством приборов, называемых пирометрами полного излучения.

Ввиду того, что интенсивность монохроматического и интегрального излучений зависит от физических свойств вещества, шкалы пирометров излучения градуируются по излучению абсолютно черного тела. Все физические тела имеют лучеиспускательную способность меньшую, чем абсолютно черное тело, поэтому пирометры частичного и полного излучения показывают черную температуру: первый – яркостную T_я, а второй – температуру полного излучения T_и , всегда более низкую по сравнению с действительной температурой нагретого тела.

Для реальных тел уравнения (2) и (3) принимают вид:

(4)