Оптические пирометры излучения

Неконтактный метод измерения температуры

В рассмотренных ранее термометрах (термометры расширения, термоэлектрические, сопротивления) предусматривается непосредственный контакт между их чувствительным элементом и измеряемой средой. Верхний предел таких контактных методов измерения ограничивается температурой 1800 °С. Для определения более высоких температур без непосредственного контакта термометров с измеряемой средой применяют пирометры.

Из курса физики известно, что все нагретые тела излучают электромагнитные волны различной частоты. С ростом температуры увеличивается как частота волн излучения, так и их интенсивность. Это свойство используется при измерениях температур нагретых тел. Однако разные физические тела, будучи нагретыми до одной и той же температуры, обладают неодинаковой интенсивностью излучения, связанной с их индивидуальными физико-химическими свойствами. Наиболее хорошо изучены законы излучения абсолютно черного тела, которое реально в природе не существует и является математической абстракцией. Такие тела при заданной температуре обладают максимальной интенсивностью излучения и могут служить эталоном для различных физических тел. Поэтому шкалы пирометров градуируются по излучению абсолютно черного тела. Так как все физические тела излучают меньшую энергию, чем черное тело, пирометры показывают температуру более низкую, чем действительная температура нагретого тела.

По принципу действия различают пирометры оптические (монохроматические) и радиационные (полного излучения).

Оптические пирометры – это электрические устройства, в которых интенсивность излучений преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный яркостной температуре (температура монохроматического излучения) объекта.

Схема оптического пирометра с исчезающей нитью показана на
рис. 3.12. При измерении наводят объектив 6 прибора на объект измерения 7, при этом фокусируется излучение на нить накала фотометрической лампы 5. Оператор, измеряющий температуру тела, через линзу 1 и красный светофильтр 2 наблюдает за изображением нити на фоне поверхности нагретого тела, добиваясь одинаковой яркости излучения нити и тела регулированием (реостатом 3) тока, проходящего через нить лампы от источника питания 4. Если яркость нити меньше, чем яркость излучения тела, нить кажется черной на светлом фоне, и наоборот, если яркость нити больше, чем яркость излучения тела, она будет светлой линией на более темном фоне. При совпадении яркостей изображение нити сольется с фоном излучения тела, и она будет невидима измерителю. В этом случае по шкале миллиамперметра А определяют температуру тела. Рассмотренные пирометры относят к визуальным приборам.

Существует другой тип оптических пирометров – фотоэлектрические (ФЭП), выпускаемые классом точности 1. В них яркостные температуры объекта и нити сравниваются фотоэлементами или фотосопротивлениями, а измерение выполняется потенциометрами. Фотоэлектрические пирометры позволяют производить измерения без наблюдателя, и могут быть использованы в системах автоматического управления.

Рис. 3.12. Схема оптического пирометра с исчезающей нитью накала:
1 – линза, 2 – светофильтр, 3 – реостат, 4 – источник питания,
5 – лампа, 6 – объектив, 7 – объект измерения

Промышленные оптические пирометры (частичного излучения, визуальные) применяются для измерения температур от 700 до 8000 °С и изготавливаются в основном в виде переносных приборов. Они используются для периодических измерений температуры в топках печей. Дополнительные погрешности при измерении могут возникать за счет изменения температуры окружающего воздуха выше или ниже °С.

Дата добавления: 2014-01-07