Оптического пирометра с исчезающей нитью

Излучение абсолютно черного тела и его законы применяются при измерении высоких температур. Методы определения температур, основанные на этих законах, носят название методов оптической пирометрии. Соответствующие приборы называются оптическими пирометрами. Они позволяют измерить температуру на расстоянии без соприкосновения с нагретым телом. Кроме того, верхний предел измеряемых температур достаточно высок: температуры выше 2600 вообще измеряют только оптическим способом. В этом состоит преимущество пирометрических методов измерения температуры по сравнению с контактными способами.

В работе измерение температуры раскаленного тела (вольфрамовой спирали лампы накаливания) производится яркостным методом, основанным на законе Планка, при помощи оптического пирометра.

Законы излучения справедливы для абсолютно черного тела. Излучение всех реальных физических тел различно для разных тел и разных длин волн и отличается от излучения абсолютно черного тела, оставаясь всегда меньше его при всех прочих равных условиях. Поэтому, если, руководствуясь законом Планка, судить о температуре раскаленного реального физического тела по удельной мощности его излучения в монохроматических лучах, то это неизбежно приведет к ошибочной,заниженной оценке температуры. Следовательно, этим пу-тём для реального физического тела можно определить фиктивную тем-пературу, называемую яркостной монохроматической температурой.

Яркостной температурой тела называется такая температура абсолютно чёрного тела, при которой его монохроматическая яркость равна монохроматической яркости данного тела для той же длины волны.

Истинная температура тела всегда выше его яркостной температуры. В самом деле, поглощательная способность реального тела меньше единицы ( ), поэтому его испускательная способность меньше испускательной способности абсолютно черного тела (для которого ) при одной и той же их температуре и при любой длине волны ( ). Следовательно, .

От этой монохроматической яркостной температуры всегда можно перейти расчетным путем к действительной температуре. Для этого должно быть известно отношение удельных мощностей излучения данного реального тела и абсолютно черного тела для выбранной длины волны и нужного интервала температуры.

Таким образом, оптический метод измерения температуры накаленных тел сводится к измерению их монохроматической яркости. Так как измерение абсолютного значения яркости является затруднительным, то в оптическом пирометре используется эталон яркости, для которого заранее способом сравнения с искусственным абсолютно черным телом установлена зависимость яркости от температуры.

Рассматриваемый метод заключается в том, что в одной и той же узкой части спектра, выделяемого из сплошного с помощью светофильтра, с излучением эталона сравнивают излучение тела, температура которого измеряется. В оптическом пирометре с исчезающей нитью таким эталоном служит яркость нити специальной электрической лампы накаливания, именуемой фотометрической лампой. Оптическая система пирометра позволяет рассматривать нить фотометрической лампы на фоне изображения светящегося тела. Изменением тока накала доводят яркость нити фотометрической лампы до совпадения с яркостью светящегося тела. В этом случае можно утверждать, что если равны их монохроматические яркости, то равны и их температуры. А поскольку температура эталона всегда известна, то известна и яркостная температура тела.

Момент достижения равенства монохроматических яркостей определяется глазом наблюдателя с большой точностью, поскольку человеческий глаз является исключительно чувствительным индикатором контрастности излучения светящихся тел. Достижение равенства яркостей воспринимается наблюдателем как исчезновение нити фотометрической лампы на фоне изображения тела.

При достижении фотометрического равновесия производят отсчет температуры по шкале прибора, который проградуирован в градусах. В пирометре прибором, показывающим температуру, является вольтметр, включенный параллельно фотометрической лампе.