Лекция 11

План:

11.1 Излучение нагретых тел.

11.2 Законы излучения.

11.3Виды пирометров.

11.1 С повышением температуры нагретого тела интенсивность его теплового излучения в виде электромагнитных волн различной длины быстро возрастает. При нагреве до 500 ^оС тело излучает невидимые инфракрасные лучи большой длины волны, однако дальнейшее увеличение температуры вызывает появление и видимых лучей меньшей длины, благодаря которым тело начинает светиться. Вначале раскаленное тело имеет темно-красный цвет, который по мере роста температуры и появления лучей постепенно убывающей длины волны переходит в красный, оранжевый, желтый и, наконец, белый цвет, состоящий из комплекса лучей разной длины волны. С увеличением температуры нагретого тела и изменением его цвета сильно возрастает интенсивность частичного (монохроматического или одноцветного) излучения (яркость) для данной эффективной длины волны, а также заметно увеличивается интенсивность суммарного излучения (радиация) телом, что позволяет использовать эти свойства для измерения температуры нагретых тел.

Разные физические тела, будучи нагреты до одной и той же температуры, имеют неодинаковую частичную и суммарную интенсивности излучения и обладают различными коэффициентами поглощения.

Определение температуры по тепловому излучению нагретых тел в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света лежит в основе работы пирометров.

11. 2 Интенсивность частичного излучения черного тела описывается уравнением Планка:

где С₁= 3,71·10^-16 Вт·м², С₂= 1,44·10^-2 м·К – постоянные коэффициенты;

l - эффективная длина волны, м;

Т – температура тела, К;

Интенсивность частичного излучения черного тела сильно растет с повышением температуры, неодинакова для лучей различной эффективной длины волны и при любой температуре имеет максимум, смещенный в область коротковолновой части спектра.

Для области видимых лучей и сравнительно невысоких температур (до 2900 К) уравнение Планка упрощается (если отбросить вычитаемую в скобках единицу) и называется уравнением Вина:

Для реальных тел

где e_l - коэффициент черноты частичного излучения (спектральный коэффициент излучения) – характеризует лучеиспускательную способность тела при данных l и Т

Действительная температура нагретого тела

где Т_я – яркостная температура (определяемая пирометром)

Данное уравнение лежит в основе измерения температуры по интенсивности частичного излучения (яркости) нагретого тела в лучах эффективной длины волны, равной обычно 0,65 мкм (красный цвет), при помощи пирометров частичного излучения.

Интенсивность суммарного излучения черного тела при различных температурах определяется уравнением Стефана-Больцмана:

где s = 5,75·10^-16 Вт/(м² ·К⁴) – постоянная Больцмана;

Для реальных тел

где e_Т - коэффициент черноты суммарного излучения.

Действительная температура нагретого тела

где Т_р – радиационная температура (определяемая пирометром).

Это уравнение положено в основу измерения температуры по интенсивности суммарного излучения (радиации) нагретого тела в с помощью пирометров суммарного излучения.

В видимой части спектра смещение l_макс и, следовательно, перераспределение энергии, вызываемое изменением температуры тела, приводит к изменению его цвета. Метод измерения температуры тел, основанный на изменении распределении энергии внутри данного участка спектра излучения с изменением температуры, называется цветовым. Температура, измеряемая этим методом, называется цветовой.

Действительная температура нагретого тела Т определяется из выражения

где Т_ц – цветовая температура (определяемая пирометром).

Приборы основанные на данном принципе измерения температуры называются пирометрами спектрального отношения или цветовыми.

11.3 Для измерения температуры тел по их излучению используют следующие виды пирометров:

1. Квазимонохроматический

2. Пирометр спектрального отношения

3. Пирометр полного и частичного излучения

Пирометр, действие которого основано на использовании зависимости температуры от спектральной энергетической яркости, описываемой формулой Планка, называется квазимонохроматическим;

Пирометр, действие которого основано на использовании зависимости температуры тела от отношения спектральной энергетической яркости для двух фиксированных длин волн называется пирометром спектрального отношения;

Пирометр полного излучения использует зависимость температуры от интегральной энергетической яркости излучения, описываемой для абсолютно чёрного тела законом Стефана- Больцмана;

Пирометр частичного излучения использует зависимость температуры от энергетической яркости излучения в ограниченном интервале l длин волн.

Измерительные пирометры градуируют на температуру, соответ­ствующую излучению абсолютно черного тела. Такая температура является условной, отличной от действительной.

Условная температура квазимонохроматического пирометра – называется яркостной.

Яркостная температура Т _я – это такая температура абсолютно чер­ного тела, при которой спектральные энергетические яркости реального тела, при температуре Т и черного тела при Т_я в лучах одной длины волны равны между собой.

Пирометр спектрального отношения показывает цветовую температуру Т _ц.

Цветовой температурой Т _цназывается такая температура черного тела, при которой отно­шение энергетических яркостей его при двух эффективных дли­нах волн l₁ и l₂ равно отношению энергетических яркостей реального тела, обладающего температурой Т, при тех же длинах волн.

Пирометр излучения показывает радиационную температуру Т _р.

Радиационная температура - это такая температура черного тела, при кото­рой его полная мощность излучения (интегрально-энергетическая яркость) равна полной энергии, излу­чаемой реальным телом при температуре Т.

Преимущества метода измерения по излучению:

1. Методы не требуют непосредственного контакта с измеряемой средой (температура расплава Ме, температура поверхности вращающейся детали);

2. Верхний предел измерения пирометрами излучения не ограничен;

3. Все методы очень чувствительны.

Недостаток: Замеряется значение условной, а не действительной псевдотемпературы. Наименьшее отклонение от действительной t°-ры имеет цветовая. Наибольшее отклонение имеет радиационная температура Т _р.

Дата добавления: 2014-10-15