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 Тя.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 Тц - 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 Тцтела 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.
Дата добавления: 2015-05-13; просмотров: 1703;