Принципы бесконтактного измерения температуры

Бесконтактное измерение температуры нагретых тел методоами оптической пирометрии

Общие положения

Цель работы:Изучение методов бесконтактного определения температуры нагретых тел по их собственному тепловому излучению методами оптической пирометрии.

Задачи работы.

Практическое ознакомление с принципами и основными методами бесконтактного измерения температуры.

Приобретение опыта работы с пирометрическим оборудованием и пирометрическими измерениями.

Методические указания.

Основные принципы и методы оптической пирометрии и работа оптических пирометров рассматривалась в курсах «Технические измерения и приборы», «Методы и средства измерений, испытаний и контроля». Перечень литературы по теме работы представлен в заключении настоящего описания.

Место выполнения работ

Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется в лаборатории лазерных и оптических технологий.

Оборудование

Аппаратно-программный комплекс пирометрических измерений.

Техника безопасности

1. При работе с аппаратным комплексом следует соблюдать технику безопасности работы с электрическим оборудованием и компьютером.

2. Категорически запрещается касаться неизолированных токоведущих проводников и клейм цепи питания лампы при включенном оборудовании.

3. Запрещается устанавливать ток лампы более 20 А.

Принципы бесконтактного измерения температуры

В соответствии с законами физики колебательное движение электрических зарядов или заряженных частиц вызывает появление в окружающем пространстве пере­менного электромагнитного поля, т.е. электромагнитных волн. В материаль­ных телах такими заряженными частицами являются ионы кристаллической решетки, связанные и свободные электроны, а также элементарные диполи, образуемые молекулами жидкостей, газов и аморфных тел. Согласно моле­кулярно-кинетической теории все эти частицы находятся в непрерывном хао­тическом тепловом движении, скорость которого определяется средней энер­гией этих частиц, т.е. их температурой. Следовательно, любое физическое тело, находящееся при температуре отличной от абсолютного нуля, должно излучать окружающее пространство широкий спектр электромагнитных волн.

Ø Тепловым излучением. называют электромагнитное излуче­ние, возбуждаемое тепловым движением заряженных частиц в твердых телах, жидкостях, газах или плазме.

Нагретые тела излучают во всех диапазонах электромагнитных волн – ра­диочастотном, микроволновом, оптическом, рентгеновском. В диапазоне наиболее интересных с практической точки зрения температур, т.е. от темпе­ратуры кипения жидкого кислорода (100 К) до температуры солнечной по­верхности (10000 К), подавляющая часть энергии теплового излучения со­держится в оптическом диапазоне длин волн. Поэтому именно эта часть энергетического спектра электромагнитных волн используется в тепловых измерениях.

Ø Оптический диапазонэлектромагнитных волн -электромагнит­ное излучение с длинами волн от 1 нм до 1 мм.

Тепловое излучение нагретого тела несет в себе информацию о темпера­туре этого тела. Следовательно, связь между энергетическими и спектраль­ными характеристиками теплового излучения, с одной стороны, и темпера­турой нагретого тела, с другой, может лежать в основе методов измерения температуры.

Ø Оптическая пирометрия – комплекс методов измерения темпе­ратуры нагретых тел по их собственному тепловому из­лучению в оптическом диапазоне длин волн

Основным достоинством оптической пирометрии является возмож­ность дистанционного измерения температуры без непосредственного кон­такта измерительного прибора с объектом, т.е. практически без нарушения его естественного теплового состояния.

Бесконтактные методы измерения температуры базируются на связи между температурой тела и мощностью их собственного теплового электромагнитного излучения. Для идеального теплового излучателя, т.е. абсолютно чёрного тела (АЧТ) эта связь описывается формулой Планка:

. (1)

где М₀(l,Т) – мощность электромагнитного излучения, испускаемого абсолютно черным телом находящемся при температуре Т в бесконечно малом интервале длин волн dl ,

С₁ и С₂ – пирометрические константы,

где с₀ – скорость света, h – постоянная Планка;

где k – постоянная Больцмана, l – длина волны, Т – температура объекта;