Принцип работы и устройство оптического пирометра

С помощью пирометра с исчезающей нитью накала измеряют температуру накаленного тела, сравнивая его яркость (для определенной длины волны l=0,65 мкм) с яркостью нити пирометрической лампы, которая прокалибрована по абсолютно черному телу.

Общий вид пирометра представлен на рис. 1.

Пирометр состоит из корпуса 1, в котором вмонтирована труба объектива 2, с выдвижным тубусом 3, служащим для получения четкого изображения накаленного тела в плоскости нити пирометрической лампы, установленной внутри пирометра. На корпусе, со стороны объектива 2, имеется поворотная головка 4 ослабляющего (дымчатого) светофильтра с известным коэффициентом поглощения. Светофильтр вводится в поле зрения при измерении температур, превышающих 1200°С. Он введен, когда индексы на поворотной головке и на корпусе совпадают и выведен, когда индексы смещены относительно друг друга на 90°.

В крышке корпуса смонтированы электроизмерительный прибор, шкала которого 5 имеет два диапазона температур[5] и реостат 6, служащий для регулировки тока накала пирометрической лампы. Пирометрическая лампа является эталоном измеряемой яркостной температуры. Она имеет дугообразную нить накала, расположенную в плоскости, перпендикулярной оптической оси прибора. Для питания электрической схемы лампы используется аккумуляторная батарея, входящая в комплект оптического пирометра. Регулировка тока накала лампы осуществляется кольцевым реостатом 6.

В крышке корпуса подвижно закреплен окуляр 7 для наблюдения нити лампы на фоне изображения накалённого тела и светофильтр с узкой полосой пропускания. Средняя длина волны пропускания светофильтра l=0,65 мкм. Светофильтр укреплен в поворотной обойме 8, с помощью которой он вводится в поле зрения.

ИЗМЕРЕНИЯ И СХЕМА УСТАНОВКИ

В данной работе исследуется излучение нечёрного тела – вольфрамовой ленты, накаливаемой электрическим током. Для нечерного тела, которым является вольфрамовая лен­та, энергетическая светимость, т.е. количество энергии, испускаемой с единицы площади поверхности в единицу времени, равна

R_э= a sT ⁿ (7).

Здесь s = 5,67×10^-8 Вт×м²/к⁴ – постоянная Стефана-Больцмана, а и п – константы, имеющие различное значение в разных областях температур.

Поскольку вольфрамовая лента нагревается электрическим током, то подводимая к ленте мощность

(8).

Вся эта мощность выделяется в виде тепла, которое отводится от ленты теплопроводностью и излучением. Если из всей мощности (8) расходуется на излучение ее часть, равная а ’Р (а ’<1), то уравнение теплового баланса для ленты можно записать через энергетическую светимость (7):

P=2×S×a”s×Tⁿ (9).

Множитель 2S – это площадь обеих излучающих поверхностей вольфрамовой ленты, а”=a/a’.

Прологарифмировав выражение (9), получим:

lnP=ln(2×S×a”s)+n× ln T (10)

Как видим, зависимость lnP от lnT имеет линейный характер и изображается на графике в виде прямой линии (рис. 2). Зная величины S и s, по угловому коэффициенту наклона графика и отрезку на оси ординат ln(2S a” s) легко опреде­лить а” и п для вольфрама в исследуемой области температур. В данной работе необходимо определить а” и п в используемой области температур T~2500 К.

Схема установки приведена на рис. 3.

Здесь 1 – вольфрамовая лента, находящаяся в лампе СИ 8-200, 2 – автотрансформатор и понижающий трансформатор 220/12 В для плавной регулировки напряжения подаваемого на ленту, 3 – объектив, 4 – ослабляющий светофильтр, 5 – пирометрическая лампа, 6 – окуляр, 7 – светофильтр с узкой полосой пропускания, 8 – диафрагма, 9 – вольтметр,10 – аккумулятор, 11 – реостат, Т₁ и Т₂ – тумблеры.

Дата добавления: 2014-11-29