лучения малых диаметров (до 0,5 мм), различного поперечного сечения — круглых, плоских, овальных.

2.6. Измерение температуры тел по их тепловому излучению

Все рассмотренные средства измерения температуры (термометры расширения, термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления) предусматривают непосредственный контакт между чувствительным элементом термометра или термопреобразователя и измеряемой средой. Поэтому такие методы называются контактными.

Верхний предел применения контактных методов ограничивается значениями до 2200 °С. Однако в ряде случаев в промышленности и при исследованиях возникает необходимость измерять более высокие температуры. Кроме того, часто недопустим непосредственный контакт термометра с измеряемой средой. В этих случаях применяются бесконтактные средства измерения температуры, которые измеряют температуру тела или среды по тепловому излучению. Такие средства измерения называются пирометрами. Серийно выпускаемые пирометры применяются для измерения температур до 4000 °С.

Бесконтактные методы измерения теоретически не имеют верхнего предела измерения и возможности их использования определяются соответствием спектров излучения измеряемых тел или сред и спектральных характеристик пирометров. Если для каких-либо условий могут быть использованы и контактные и бесконтактные методы измерения, то, как правило, предпочтение следует отдать контактным, так как они позволяют обеспечить более высокую точность измерения.

Все тела излучают электромагнитные волны различной длины X.

Если излучение какого-либо тела падает на другое тело, то оно может полностью или частично отражаться от поверхности, поглощаться телом, проходить через тело. Тело, поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным телом. Отношение спектральной энергетической яркости любого источника теплового излучения ВλТ к спектральной энергетической яркости абсолютно черного тела В0λТ при одной и той же длине волны λ и температуре

Т называется спектральным коэффициентом излучения (спектральная степень черноты).

Полная (интегральная) энергетическая яркость тела ВТ при температуре Т может быть определена по спектральной энергетической яркости при интегрировании по всему диапазону длин волн

B0T В0 Т d .

0

Отношение полной энергетической яркости ВТ любого источника теплового излучения к полной энергетической яркости В0Т абсолютно черного тела при той

40

же температуре называется полным коэффициентом излучения (интегральной степенью черноты):

По используемому методу измерения пирометры подразделяются на четыре группы:

•монохроматические (квазимонохроматические);

•полного излучения;

•спектрального отношения.

Монохроматические пирометры (иногда называют оптическими или визуаль-

ными) воспринимают излучение в столь узком диапазоне длин волн, что оно считается монохроматическим (обычно это излучение красной части спектра с λ = 0,65 мкм). Этот участок спектра выделяется светофильтром в сочетании с кривой чувствительности измерения.

Принципиальная схема квазимонохроматического пирометра с исчезающей нитью представлена на рис. 3.15. Излучение от объекта измерения 1 проходит через объектив 2 и фокусируется в плоскости 3. В этой же плоскости расположена нить пирометрической лампы 4. Изображение объекта измерения и нити пирометрической лампы видны наблюдателю 6 через окуляр 5. Между нитью пирометрической лампы и окуляром располагается красный светофильтр 7. Между объективом и нитью пирометрической лампы может вводиться поглощающее стекло 8. Для изменения накала нити применяется электронный блок 9, который изменяет ток, проходящий через нить пирометрической лампы. Значение тока измеряется цифровым индикатором, отградуированным в значениях яркостной температуры.

Квазимонохроматический пирометр предусматривает измерение температуры по спектральной энергетической яркости тела, т.е. по излучению при определенной длине волны. Для монохроматизации (выделения определенной длины волны) излучения в пирометре устанавливается светофильтр.

Рис. 3.15. Принципиальная схема квазимонохроматического пирометра с исчезающей нитью накала:

1 — объект измерения; 2 — объектив; 3 — плоскость фокусирования; 4 — пирометрическая лампа; 5 — окуляр; 6 — наблюдатель; 7— красный светофильтр; 8 — поглощающее стекло; 9 — электронный блок

41

Пирометры полного излучения (обычно называются радиационными) воспринимают излучение в столь широком спектральном интервале, что зависимость интегральной энергетической яркости от температуры с достаточной точностью описывается законом Стефана—Больцмана, связывающим энергию излучения абсолютно черного тела с его температурой.

В пирометре полного излучения температура тела определяется по интегральной энергетической яркости излучения.

Энергетическая яркость излучения в пирометрическом преобразователе преобразуется в электрический сигнал, величина которого измеряется во внутреннем преобразователе.

Принципиальная схема пирометра с термобатареей приведена на рис. 3.16. Излучение от измеряемого тела 1 поступает на объектив (линзу) телескопа 2 и через диафрагму 3 фокусируется на горячих спаях термобатареи 4, заключенной в специальную колбу.

ТермоЭДС батареи поступает на вход вторичного измерительного преобразователя ПВ-0. Для визирования первичного преобразователя на объект измерения служит окуляр 6 и диафрагма 7, через которые наблюдатель 8 осуществляет визирование.

Рис. 3.16. Принципиальная схема пирометра полного излучения с батареей:

1 — объект измерения; 2 — объектив телескопа; 3, 7 — диафрагма; 4 — термобатарея; 5

—вторичный измерительный преобразователь ПВ-О; б — окуляр; 8 — наблюдатель

Впирометре спектрального отношения температура тел определяется по от-

ношению спектральных энергетических яркостей для двух длин волн.

Одна из схем пирометра спектрального отношения представлена на рис. 3.17. Излучение от измеряемого тела 1 поступает в объектив 2 пирометра и затем на фильтр из фосфида индия 5, на котором световой поток частично отражается и через зеркало 4 направляется на кремневый фотоэлемент 5. Под влиянием света на фотоэлементе возникает фотоЭДС U 1 . Другая часть светового потока час-

тично пропускается фильтром 3, отражается от внутренней плоскости и через зеркало 6 направляется на фотоэлемент 7, на котором возникает фотоЭДС

U 2 .

42