В зависимости от разновидности теплового излучения, на котором основано измерение температуры, существует три типа пирометров излучения. К ним относятся ‑ 1) квазимонохроматические пирометры (фотоэлектрические и оптические), 2) пирометры спектрального отношения (цветовые), 3) пирометры полного излучения (радиационные).
Теория пирометров излучения базируется на законах теплового излучения. Наиболее полно изучено тепловое излучение абсолютно черного тела. Установлено, что абсолютно черное тело имеет непрерывный спектр излучения, охватывающий все длины волн. Интенсивность излучения лучистой энергии в спектре неодинаковая и зависит от температуры тела.
Закон Планка устанавливает для абсолютно черного тела изменение интенсивности теплового излучения по длинам и температурам (рис. 1):
(1)
где λ-длина волны излучения , для расчетов λ=0,65×10−6 м; T‑абсолютная температура тела, K; с1-постоянная, равная 3,69×10-16 Вт∕м2; с2-постоянная, равная 1,44×10-2 м·К; е ‑ основание натуральных логарифмов.
Закон Вина устанавливает, что произведение длины волны максимального излучения λmax на абсолютную температуру Т есть величина постоянная
λmax·T=2884×10-6 (2)
Закон Стефана-Больцмана показывает, что энергия полного излучения абсолютно черного тела пропорциональна температуре тела T в четвертой степени:
EТº(T)=σT4, (3)
где σ ‑ постоянная излучения абсолютно черного тела, равная 5,75×10-8 Bт/(m2·K4).
Для реальных тел интенсивность монохроматического излучения
EλТ=ελ·EºλT; (4)
ET=ε·EºT, (5)
где ελ ‑ степень черноты реального тела для монохроматического излучения, (доли единиц), обычно 0<ελ<1; ε ‑ степень черноты реального тела для полного излучения, (доли единицы), обычно 0<ε<1.
Пирометры излучения градуируют по излучению абсолютно черного тела (ελ,ε=1), а на практике приходиться измерять температуру реальных тел (ελ,ε≠1),поэтому измеренные значения температур будут отличаться от истинных значений.
На основании уравнений (1) и (4) для квазимонохроматических пирометров получена зависимость между истинной температурой и измеренной Tя, называемой яркостной, так как температура определяется по яркости излучения тела:
(6)
На основании уравнений (1), (2) и (4) для пирометров спектрального отношения получена зависимость между истинной температурой и измеренной Tц, называемой цветовой, так как температура определяется по отношению яркостей монохроматического излучения для двух длин волн в видимой части спектра излучения, которые представляют соответствующие цвета:
(7)
На основании уравнений (3) и (5) для пирометров полного излучения получена зависимость между истинной температурой и измеренной Tр, называемой радиационной, так как измеряется тепло излучаемое телом:
(8)
Квазимонохроматические пирометры
Фотоэлектрический
пирометр представляет собой
стационарную установку из трех блоков: 1) визирной головки, состоящей из
фотоэлемента, оптической системы и электронного усилителя, 2) питающие устройство;
3) быстродействующего электронного потенциометра.
Принципиальная схема фотоэлектрического пирометра построена на принципе использования отрицательной обратной связи по световому потоку. Для этой цели в анодную цепь выходного каскада в качестве нагрузки включена лампа накаливания.
Световой поток от нагретого тела ОИ концентрируется объективом 2 и через диафрагмы 3 и 5, красный световой светофильтр 6 попадает на фотоэлемент 7. Через нижнее отверстие диафрагмы 5 на фотоэлемент попадает световой поток лампы накаливания 1. Такая обратная связь, охватывающая всю усилительную часть схемы 8 и 9, включая и фотоэлемент 7, делает работу пирометра независящей от изменения коэффициента усиления отдельных каскадов и чувствительности фотоэлемента.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.