ПИРОМЕТРЫ

Пирометрические методы измерений температуры ох­ватывают широкий диапазон температур — от 173 до 6000 К, включающий в себя низкие, средние и высокие температуры. Эти методы основаны на определении параметров теплового излуче­ния объекта без нарушения его температурного поля. Тепловое излучение представляет собой электромагнитное излучение, воз­буждаемое тепловым движением атомов и молекул в твердых, жидких и газообразных веществах. При температурах выше 400О К излучение вызывается процессами диссоциации и иони­зации.

Теория пирометрических методов измерений температуры основана на законах, устанавливающих связь между излучением абсолютно черного тела (АЧТ) и его температурой. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее все падающее на него излучение и соответственно способное при данной температуре излучать максимальную энергию. Хорошим приближением к АЧТ является закрытая со всех сторон полость с малым отвер­стием, площадь которого пренебрежимо мала по сравнению с об­щей поверхностью полости.

Закон Планка устанавливает связь между абсолютной темпе­ратурой и спектральным распределением потока излучения (све­тимости) АЧТ:

(12-2)

Где - спектральная плотность потока излучения АЧТ, т. е. энергия, излучаемая в единицу времени единицей площади по­верхности излучателя, приходящаяся на единицу диапазона длин волн; Вт·м²; - соответственно первая и вторая постоянные излучения; с — скорость света; h —постоянная Планка; r — постоянная Больц-мана.

При малых значениях можно вместо выражения (12-2) пользоваться законом Вина

Зависимость

изображена на рис(12-11).

Полная энергия, излучаемая с единицы поверхности АЧТ в единицу времени, определяется законом Стефана – Больцмана

, где =5,67032·10^-8 Вт/(м²·К⁴) – постоянная Стефана - Больц­мана.

Как видно из рис.(12-11), с увеличением температуры макси­мумы кривых сдвигаются в ультрафиолетовую об­ласть спектра, т. е. в сторону более коротких волн. Сдвиг максимума излучения подчиняется закону смещения Вина, установлен­ному в виде двух зависимостей:

где А=28978·10^-7 м·К; b₁=12816·10^-9Bт/(м³·К⁵)

Разработка чувствительных приемников инфракрасного (ИК) излучения [5] позволяет применять, пирометрические методы для измерения не только высоких, но и низких температур. Приборы для измерения температур объектов по их тепловому электро­магнитному излучению называются пирометрами.

В зависимости от естественной входной величины пирометры разделяются на пирометры полного излучения (радиационные пирометры), воспринимающие полную (интегральную) энергию Излучения, пирометры частичного излучения (яркостные пирометры), основанные на зависимости от температуры энергетиче­ской яркости излучения в ограниченном диапазоне длин волн, и пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры), в которых используется зависимость от температуры отношения спектральных плотностей энергетических яркостей на двух или нескольких длинах волн.

Пирометры прямого преобразования обычно состоят из опти­ческой системы, приемника излучения, измерительной цепи с вторичным прибором,

а в ряде случаев с микропроцессорным вычис­лительным устройством. В пирометрах уравновешивающего пре­образования, кроме того, имеется образцовый источник излуче­ния. В зависимости от вида оптической системы, с помощью ко­торой излучение передается на приемник излучения, пирометры разделяются на рефракторные с собирающей линзой, рефлек­торные с собирающим зеркалом, световодные и комбинирован­ные.