2.6 Пирометры излучения

Действие пирометров излучения основано на изме­рении излучаемой нагретыми телами энергии, величи­на которой зависит от температуры тел и их физико-химических свойств. Они применяются для измерения температур от +800 до +2000°С и выше, когда другие пирометры становятся непригодными. В зависимости от принципа действия пирометры излучения делятся на оптические и радиационные. Те и другие позволяют из­мерять температуру без непосредственного соприкосно­вения с телом. Принцип действия оптического пи­рометра (рис. 8) основан на сравнении яркости нагретого тела с яркостью свечения нити пирометрической лампы, накал которой регулируется реостатом. Лампа 4 питается от аккумуляторной батареи 12. В момент, когда нить лампы сольется со световым фоном поверхности излучения, делают отсчет температуры тела по шкале вольтметра, проградуированной в граду­сах. Нить лампы нельзя нагревать выше 1400 – 1500°С, поэтому пределы измерения пирометра повышают (до 2000°С) введением серого светофильтра 3.

С помощью оптических пирометров измеряют не действительную температуру t тела, а так называемую яркостную температуру t_н < t. Действительная температура регистрируется только для абсолютно черного тела, каким можно считать, например, топочное устройство. Для определения действительной температуры тела, отличающегося от абсолютно черного, вводят по­правку на неполноту излучения, пользуясь графиком, приданным прибору.

В ка­честве чувствительно­го элемента такого пи­рометра ис­пользуется термобатарея 2 (ряд последова­тельно соединенных миниатюрных термо­пар), воспринимающая тепло лучей, проходящих через собирательную линзу 1 и диафрагму 7, а в качестве измерителя термоэлектродвижущей силы – милливольтметр. Для защиты глаз наблюдателя от ослепления при на­водке пирометра на раскаленное тело имеется дымча­тый фильтр 6. Шкала милливольтметра градуирована в градусах по абсолютно черному телу. Радиационный пирометр имеет меньшую точность измерения, чем оп­тический, однако позволяет осуществлять дистанцион­ную передачу показаний на вторичные показывающие и самопишущие приборы.

Рис . 9. Схема оптического пирометра типа ОППИР-09:

1 – излучатель; 2 – объектив; 3 – светофильтр; 4 – пирометрическая лампа; 5 – шкала;

6 – рукоятка реостата;

7 – реостат; 8 – линза окуляра; 9 – диафрагма; 10 – глаз наблюдателя; 11 – красный светофильтр; 12 – аккумулятор; 13 – рукоятка; 14 – колодка.

Радиационный пирометр регистри­рует тепловое действие лучистой энергии рас­каленного тела (рис. 10).

Рис. 10. Схема радиационного пирометра:

1 – собирательная линза; 2 – термобатарея; 3 – кожух; 4 – стеклянная колба; 5 – окуляр;

6 – дымчатый светофильтр; 7 – диафрагма; 8 – корпус телескопа.

Задание 2

1. Определение погрешности измерения приборов

Лабораторное занятие начинается с ознакомления с устройством и принципом действия приборов измерения температуры.

Через 10 – 15 мин после начала занятий с разрешения препо­давателя или лаборанта включается установка.

При температуре 70 – 80°С как можно быстрее (за 1 – 2 мин) снимаются показания всех приборов, которые следует занести в табл. 5.

Таблица 5 – Результаты измерений

Термометры	Ах	ΔА	В,%
1. Ртутный термометр 2. Термопара медь-копелевая ТМК 3. Термопара хромель-копелевая ТХК 5. Термопара медь-константановая ТМ 7. Термометр сопротивления 8. Манометрический

Определяются погрешности измерений (для этого по указанию преподавателя принимаются действительные значения одного из приборов). Более точное показание дает термопара с потенциометром, однако для простоты и быстроты выполнения можно за действительное значение принимать и показания ртутного термометра.

Абсолютной погрешностью называется разность между показанием прибора А_х и действительными значениями измеряемой величины А (по прибору, принятому за образцовый): ΔА = А_х – А.

Относительной погрешностью В называется отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины:

По результатам расчетов делается вывод (заключение) о качественных показателях приборов.

2. Определение теоретической температуры кипения воды

Температура кипения воды равная 100°С соответствует нормальным физическим условиям (Р_б=760 мм.рт.ст или 101325 Па и t_с =0°С или Т=273,16 К).

Для конкретных условий проведения опыта барометрическое давление Р_б

и температура окружающей среды t_c будут отличаться от НФУ, поэтому необходимо скорректировать и рассчитать реальную температуру кипения воды. Для этого доводится до кипения вода в бачке, записываются показания термометра в момент закипания воды и сравнивают с температурой, определяемой по формуле с учетом внешних условий:

t_кип= 100+0,03(Р_бар – 760),

где Р_бар – барометрическое давление в паскалях (мм.рт.ст.), которое определяется с учетом поправок.

.

Показания берутся по барометру; C₁, С₂, С₃ – поправки из техпаспорта данного барометра (табл. 6).

Таблица 6 – Шкаловые поправки

Данные барометра мм.рт.ст.	Поправки мм.рт.ст. (С1)		Данные барометра, мм.рт.ст.	Поправки мм.рт.ст. (С1)
(790) 780 770 760 750 740 730 720 710 700	-0,8 -0,6 -0,5 0:0 0:0 0:0 +0,2 +0,5 +0,3 +0,2		690 680 670 660 650 640 630 620 610 600	+0,7 +0,2 +1,1 +1,0 +1,2 +1,5 +1,2 +1,0 +0,5 0:0

^*Температурная поправка на 1°С равна 0,01 мм.рт.ст (С₂); добавочная поправка равна 0,2 мм.рт.ст. (С₃).

После выполнения лабораторной работы составляется отчет, который должен содержать:

1. Краткое описание методов и средств для измерения температуры для каждого прибора;

2. методику выполнения работы (очередность выполнения);

3. заполненную таблицу показаний приборов и расчетов;

4. развернутые расчеты (подсчеты);

5. вывод по выполненной работе (заключение). Работа должна быть заверена подписью преподавателя.