Пирометры полного излучения, или радиационные пирометры

Эти пирометры основаны на зависимости от температуры инте­гральной мощности излучения АЧТ во всем диапазоне длин волн, определяемой законом Стефана-Больцмана:

.

Для реального тела эта зависимость определяется выраже­нием

, (1.17)

где 0,04≤ε≤1- коэффициент теплового излучения (коэффици­ент излучательной способности), зависящий от материала излу­чателя и от состояния и температуры его поверхности.

Например, для стальных изделий в зависимости от появления на них ока­лины значение ε может изменяться от 0,1 до 0,9. Пирометр, гра­дуированный по излучению АЧТ, при измерении на реальном объекте покажет так называемую радиационную температуру Т_р, значение которой всегда меньше действительной температуры объекта Т. Радиационной температурой объекта называется та­кая температура АЧТ, при которой его полная мощность излучения (плотность излучения во всем диапазоне длин волн - от λ₁=0 до λ₂=∞) равна полной мощности излучения рассматривае­мого объекта при температуре Т.

Рисунок 1.10 – Принципиальные схемы рефракторного и рефлекторного пирометров полного излучения с термоэлектрическим приемником излучения

Связь между Т_р и Т определяется из равенства

, (1.18)

откуда

. (1.19)

Пирометры полного излучения применяются для измерения в диапазоне температур от -50 до +3500 ^оС. Наиболее целесо­образно использовать такие пирометры для измерения темпера­туры объектов, излучательные свойства которых мало отлича­ются от свойств АЧТ. Этому условию удовлетворяют большин­ство закрытых печей и топок с малым отверстием, кожа человека, стекло, резина и др.

На рисунке 1.10 приведены принципиальные схемы рефрактор­ного и рефлекторного пирометров полного излучения с термо­электрическим приемником излучения, выполняемым обычно в виде термобатареи. В рефракторном пирометре (рисунок 1.12, а)излучение от объекта 1 через линзу 2 и диафрагму 3 фокусиру­ется на горячие спаи термобатареи 4. Визирование телескопа пи­рометра на объект измерения осуществляется наблюдателем 5 через оптическую систему, состоящую из диафрагмы 5, окуляра 7 и дымчатого светофильтра 8. Резистор 9 из никеля, который имеет хороший тепловой контакт с корпусом пирометра, приме­няется для коррекции температурной погрешности.

В двухзеркальном рефлекторном пирометре (рисунок 1.10, б) излучение объекта 1, пройдя через кварцевое окно 2, отражается от зеркала 5 и частично от обратного зеркала 3, попадает через отверстие в диафрагме 4 на термоприемник 5 и затем на окуляр 7. Узел 8 с обратным зеркалом и термоприемником может для фокусировки объекта перемещаться вдоль оси телескопа. При­емники излучения в пирометрах полного излучения должны иметь спектральную характеристику, близкую к характеристике АЧТ.

ДЛЯ повышения точности пирометров полного излучения в корпусе телескопа устанавливается образцовый источник излу­чения в виде АЧТ, температура которого поддерживается посто­янной. При помощи дифференциальной измерительной цепи срав­ниваются мощности излучения измеряемого объекта и АЧТ, потоки излучения которых с помощью вращающегося или колеблюще­гося зеркала попеременно подаются на приемник.

Разработаны различные оптические устройства, расширяю­щие области применения пирометров. Например, изготовляются пирометры с волоконной оптикой для измерения температуры в диапазоне 400 – 3000 ^оС. Используются световоды длиной до 10 м. Такие пирометры обеспечивают измерение температур объ­ектов диаметром от 1 мм, а также температур в герметичных объемах. Такой канал передачи не чувствителен к помехам и из­менениям параметров промежуточной среды.