Пирометры

(от греч. pýr — огонь и ...метр

приборы для измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптической диапазоне спектра. Тело, температуру которого определяют при помощи П., должно находиться в тепловом равновесии и обладать коэффициентом поглощения, близким к единице (см. Пирометрия). Распространены яркостные, цветовые и радиационные П. Основным типом является яркостный П., обеспечивающий наибольшую точность измерений температуры в диапазоне 10³—10⁴ К. В простейшем визуальном яркостном П. с исчезающей нитью (рис. 1) объектив фокусирует изображение исследуемого тела на плоскость, в которой расположена нить (ленточка) эталонной лампы накаливания. Через окуляр и красный фильтр, позволяющий выделять узкую спектральную область около длины волны λ_э = 0,65мкм, нить рассматривают на фоне изображения тела и, изменяя ток накала нити, добиваются выравнивания яркостей нити и тела (нить в этот момент становится неразличимой). Шкала прибора, регистрирующего ток накала, прокалибрована обычно в °С или К, и в момент выравнивания яркостей прибор показывает так называемую яркостную температуру (См. Яркостная температура)(T_b) тела. Истинная температура тела Т определяется на основе законов теплового излучения (См. Тепловое излучение) Кирхгофа и Планка по формуле:

Т = TbC2/(C₂ + λ _эТь Inα_λ,Τ), (1)

где C₂ = 0,014388 м ․К, α_{λ, T} — коэффициент поглощения тела, λ _э — эффективная длина волны П.

Точность результата в первую очередь зависит от строгости выполнения условий пирометрия, измерений (α_{λ, T} 1 и др.). В связи с этим наблюдаемой поверхности придают форму полости. Основная инструментальная погрешность обусловлена нестабильностью температурной лампы. Заметную погрешность могут вносить также индивидуальные особенности глаза наблюдателя. У фотоэлектрических П. (рис. 2) этот вид погрешности отсутствует. Погрешность образцовых лабораторных фотоэлектрических П. не превышает сотых долей градуса при Т = 1000 °С. Промышленные серийные фотоэлектрические П. обладают на порядок большей погрешностью, визуальные — ещё на порядок большей. Образцовые яркостные П. приняты в качестве основных интерполяционных приборов, определяющих Международную практическую температурную шкалу (См. Международная практическая температурная шкала)(МПТШ-68) при температурах выше точки затвердевания золота (1064,43 °С).

Для измерения температуры тел, у которых α const в оптическом диапазоне спектра, применяют цветовые П. Этими П. определяют отношение яркостей обычно в синей и красной областях спектра b₁(λ₁, T)/b₂(λ₂, T) (например, для длин волн λ₁ = 0,48 мкм и λ₂ = 0,60 мкм). Шкала прибора прокалибрована в °С и показывает цветовую температуру (См. Цветовая температура)T_c. Истинная температура Т тела определяется по формуле

.(2)

Цветовые П. менее точны, менее чувствительны и более сложны, чем яркостные; применяются в том же диапазоне температур.

Наиболее чувствительны (но и наименее точны) радиационные П., или П. суммарного излучения, регистрирующие полное излучение тела. Действие их основано на Стефана — Больцмана законе излучения (См. Стефана - Больцмана закон излучения) и Кирхгофа законе излучения (См. Кирхгофа закон излучения). Объектив радиационных П. фокусирует наблюдаемое излучение на приёмник (обычно термостолбик или болометр), сигнал которого регистрируется прибором, прокалиброванным по излучению абсолютно чёрного тела и показывающим радиационную температуру (См. Радиационная температура) T_r. Истинная температура определяется по формуле

(3)

где α_Τ— полный коэффициент поглощения тела. Радиационными П. можно измерять температуру, начиная с 200°С. В промышленности П. широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов.

Лит.: Рибо Г., Оптическая пирометрия, пер. с франц., М. — Л., 1934; Гордов А. Н., Основы пирометрии, 2 изд., М., 1971.

В. Н. Колесников.

Рис. 1. Принципиальная схема визуального яркостного пирометра с исчезающей нитью: 1 — источник излучения; 2 — оптическая система (телескоп пирометра); 3 — эталонная лампа накаливания; 4 — фильтр с узкой полосой пропускания; 5 — объектив; 6 — реостат, которым регулируют ток накала; 7 — измерительный прибор (миллиамперметр).

Рис. 2. Оптическая система автоматического фотоэлектрического пирометра: 1 — источник излучения; 2 — линзы оптической системы; 3 — модулятор, попеременно пропускающий излучение источника и эталонной лампы 4 к фотоэлементу 7; 5 — фильтр с узкой частотной полосой пропускания; 6 — погнутая линза. Фотоэлемент поочерёдно освещается то источником, то лампой. При неравенстве создаваемых ими освещённостей в цепи фотоэлемента возникает переменная составляющая фототока, амплитуда которой пропорциональна разности освещённостей. При измерениях ток накала лампы регулируют так, чтобы переменная составляющая фототока стала равна нулю.

ПИРОМЕТРЫ (от греч. pyr - огонь и ...метр) оптические - приборы для измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптическом диапазоне спектра.

ПИРОМЕТРЫ

приборы для измерения темп-ры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптич. диапазоне спектра. Тело, темп-ру к-рого определяют при помощи П., должно находиться в тепловом равновесии и обладать коэфф. поглощения, близким к единице (см. ПИРОМЕТРИЯ). Применяют яркостные, цветовые и радиационные П. Широко распространены яркостные П., обеспечивающие наибольшую точность измерений темп-ры в диапазоне 103—104 К. В простейшем визуальном яркостном П. с исчезающей нитью объектив фокусирует изображение исследуемого тела на плоскость, в к-рой расположена нить (ленточка) спец. лампы накаливания. Через окуляр и красный фильтр, позволяющий выделять узкую спектр. область ок. длины волны lэ=0,65 мкм, нить рассматривают на фоне изображения тела и, изменяя ток накала нити, добиваются, чтобы яркости нити и тела были одинаковыми (нить становится неразличимой на фоне тела). Шкалу прибора, регистрирующего ток накала, градуируют обычно в °С или К, и в момент выравнивания яркостей нити и тела прибор показывает т. н. яркостную температуру (Тb) тела. Истинная темп-pa тела Т определяется на основе законов теплового излучения Кирхгофа и Планка по ф-ле:

T=Tbc2/(c2+lэlnal,T), (1)

где c2=0,01488 м
• К (т. н. 2-я постоянная излучения), al,T — коэфф. поглощения тела, lэ — эффективная длина волны П.

Точность результата в первую очередь зависит от строгости выполнения условий пирометрич. измерений (коэфф. поглощения al,T близок к значению а абсолютно чёрного тела и др.). Для выполнения этих условий обычно наблюдают излучение, выходящее из полости с небольшим выходным отверстием, имитирующим абсолютно чёрное тело. Осн. инструментальная погрешность обусловлена нестабильностью температурной лампы. Заметную погрешность могут вносить также индивидуальные особенности глаза наблюдателя. У фотоэлектрических П. этот вид погрешности отсутствует. Погрешность образцовых лаб. фотоэлектрич. П. не превышает сотых долей К при Т = 1000 К. Образцовые яркостные П. приняты в качестве осн. интерполяционных приборов, определяющих Международную практическую температурную шкалу (МПТШ-68) при теми-pax выше точки затвердевания золота (1064,43°С).

Для измерения темп-ры тел, у к-рых коэфф. a постоянен в оптич. диапазоне спектра, применяют цветовые П. Этими П. определяют отношение яркостей b1(l1,T)/b2(l2,Т) обычно в синей и красной областях спектра (напр., для длин волн l1=0,48 мкм и l2=0,60 мкм). Шкала прибора градуирована в °С и показывает цветовую температуру Тс. Истинная темп-pa Т тела определяется по ф-ле:

Точность цветовых П. ниже, чем у яркостных.

Наиболее чувствительны (но и наименее точны) радиац. П., или П. суммарного излучения, регистрирующие полное излучение тела. Действие их основано на Стефана — Больцмана законе излучения и Кирхгофа законе излучения. Объектив радиац. П. фокусирует наблюдаемое излучение на приёмник (обычно термостолбик или болометр), сигнал к-рого регистрируется прибором, калиброванным по излучению абсолютно чёрного тела и показывающим радиационную температуру Тr. Истинная темп-pa тела определяется по ф-ле:

Т=a1/4TТr, (3)

где aT— полный коэфф. поглощения тела. Радиац. П. можно измерять темп-ру начиная с 200°С. В пром-сти этот П. широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологич. процессов.

(от греч. руr-огонь и metreo - измеряю), оптич. приборы для измерения т-ры гл. обр. непрозрачных тел по их излучению в оптич. диапазоне спектра (длины волн l в видимой части 0,4-0,76, в невидимой > 0,76 мкм). Совокупность методов определения с помощью П. высоких т-р наз. пирометрией (см. Термометрия).

Квазимонохроматические (оптические) П. Действие этих переносных приборов основано на сравнении яркости моно-хроматич. излучения двух тел-тела, т-ру к-рого измеряют, и эталонного. В качестве последнего обычно используют нить лампы накаливания с регулируемой яркостью излучения. Наиб. распространенный прибор данной группы-П. с "исчезающей" нитью (рис. 1). Внутри телескопич. трубки в фокусе линзы объектива находится питаемая от аккумулятора через реостат пирометрич. лампа с подковообразной нитью. Для получения монохроматич. света окуляр снабжен красным светофильтром, пропускающим лучи только определенной длины волны (l 65-66 мкм). В объектив помещен серый поглощающий светофильтр, служащий для расширения пределов измерений.