Пирометры частичного излучения.

Основаны на использова­нии записи мости от температуры мощности излучения в ограни­ченном диапазоне длин ноли. Рабочий: диапазон измерений таких пирометров от –100 до+6ООО°С. Основная погрешность изме­рения для различных типов пирометров лежит в пределах 0,25— 2,5%, быстродействие 0,001 - 2,5 с.

Разновидностью пирометра частичного излучения является монохроматический яркостный пирометр, основанный на сравне­нии энергетической яркости объекта исследования с энергетиче­ской яркостью образцового излучателя в узком участке спектра излучения. В качестве образцовых излучателей обычно исполь­зуются лампы накаливания с плоской вольфрамовой нитью, ко­торые при температуре нити ниже 15ОО °С имеют стабильную зависимость яркости от тока накала нити.

Вследствие неполноты излучения реальных тел яркостные пи­рометры измеряют не действительную температуру тела Т,а так называемую яркостную температуру Т_я.Соотношение между дей­ствительной и яркостной температурами, как следует из законов излучения, определяется выражением

где — коэффициент теплового излучения для длины волны . Большинство яркостных пирометров, работающих в видимой области спектра, снабжаются красным светофильтром, обеспечивающим эффективную длину волны, равную (0,656±0,008) мкм. В зависимости от материала излучателя и состояния его по­верхности значения коэффициента теплового излучения ко­леблются в широких пределах: 0< ≤1. Так, при = 0,65 мкм для полированной меди он равен 0,03, для серебра 0,04 — О.07, для вольфрама 0,6, для окисленного железа 0,6 — 0,9, для сили­катных огнеупоров 0,9 и т. д.

Сравнение энергетических яркостей объекта исследования и образцового излучателя может осуществляться автоматически или визуально человеком, глаза которого очень чувствительны к слабым интенсивностям света. Широкое применение для изме­рения температур в диапазоне 300—6000°С получили визуальные

пирометры с исчезающей нитью. В таком пирометре (рис.12-13,а) изображение объекта 1путем перемеще­ния объектива 2совмещается с пло­скостью нити 3 лампы накаливания 4. Наблюдая изображения объекта и нити через светофильтр 5 и окуляр 6,наблюдатель меняет ток накала нити лампы до тех пор, пока середина на­каленной нити не исчезнет на фоне изображения объекта (рис.12-13,б). Это свидетельствует о ра­венстве энергетических яркостей излучающего объекта и нити в области спектра, определяемого характеристикой пропускания красного фильтра и спектральной характеристикой чувстви­тельности глаза наблюдателя , максимум которой для нор­мальных глаз соответствует длине волны мкм (рис. 12-14).

Зависимость между током лампы и яркостной температурой определяется путем градуировки термометра по температуре АЧТ. Шкала такого пирометра имеет резко нелинейную харак­теристику, поскольку яркость нити примерно пропорциональна пятой степени тока накала нити. Равномерную шкалу можно по­лучить, если ток накала нити и, следовательно, ее температуру поддерживать постоянными, а выравнивание яркости нити и объекта осуществлять перемещением нейтрального поглотителя с переменной плотностью (оптического клина) 7 (см. рис. 12-13,а), устанавливаемого между объективом и температурной лампой. Яркостная температура в этом случае определяется по шкале отсчетного устройства, регистрирующего положение клина.

Для увеличения верхнего предела измерения пирометров при­меняются нейтральные поглотители с известным коэффициентом пропускания ,который определяется из выражения

где — длина волны; С₂ — вторая постоянная излучения; Т₁- температура АЧТ, измеренная пирометром без поглотителя; Т₂ - температура АЧТ, измеренная при наличии поглотителя.

Сравнение яркостей производится с погрешностью примерно 1 %, но обусловленная этим погрешность измерения температуры не превышает 0,1 % вследствие того, что яркость тела увеличива­ется значительно быстрее, чем его температура.

На рис. 12-15 показана схема пирометра с автоматическим уравновешиванием, в котором яркость объекта 1сравнивается с яркостью электрометрической лампы 2при помощи фотоэлект­рического преобразователя 5.Излучения от объекта и лампы с помощью модулятора 4 через красный светофильтр 3попере­менно подаются на преобразователь 5. Сигнал переменного тока через усилитель 6и фазочувствительный выпрямитель 7 регули­рует ток в электрометрической лампе. Шкала прибора 8 градуи­руется в единицах температуры.

Пирометры спектрального отношения, или цветовые пиро­метры. Они показывают так называемую цветовую температуру тела Т_ц - условную температуру, при которой АЧТ имеет такое же относительное спектральное распределение энергетической яр­кости, что и исследуемое реальное тело с действительной темпе­ратурой Т.

Показания пирометра спектрального отношения соответствуют действительной температуре, если объект является абсолютно черным или серым телом, т. е. таким телом, у которого излуча-тельная способность для всех длин волн одинакова.

Если зависит от длины волны, то связь между действительной и цветовой температурой определяется выражением:

(12-3)

Где — коэффициенты излучательной способности тела со­ответственно на длинах волн

Из выражения (12-3) следует, что пирометры спектрального отношения, в отличие от пирометров полного или частичного из­лучения, показывают действительную температуру серых тел и их показания не зависят от излучательной способности тела до тех пор, пока .

Для многих тел не остается постоянным с изменением длины волны. У металлов уменьшается сростом длины волны, у неметаллических тел в ряде случаев , наоборот, увеличивается. Поскольку при величина … , то измеренная цветовая температура, как следует из выражения (12-3), может быть больше, меньше действительной температуры или равна ей. Из этого же выражения следует, что цветовая температура Т_цтела тем ближе к действительной температуре, чем больше раз­ность .

В целом погрешности пирометров спектрального отношения меньше, чем у пирометров полного или частичного излучения. Их показания принципиально не зависят от расстояния до объ­екта исследования, а также от поглощения излучения в промежу­точной среде между объектом и пирометром, если .

В большинстве серийно выпускаемых пирометров модуляция излучения осуществляется при помощи механических модулято­ров, приводимых в движение синхронными микродвигателями. В качестве приемников излучения применяются термобатареи (в пирометрах полного излучения), фотодиоды, фоторезисторы или пироэлектрические приемники. В некоторых приборах при­емники излучения термостатированы. Большинство пирометров имеют стандартный выходной сигнал постоянного тока 0—5 мА или 4—20 мА и постоянного напряжения 0—100 мВ или 0—10 В.