Устройство оптического пирометра

Оптический пирометр ОППИР-09 включает в себя следующие принципиально важные элементы: оптическую систему; фото-метрическую лампу; электроизмерительный прибор с двумя пределами измерений: и .

Оптическая и электрическая схема пирометра показана на рис. 1.4.

Составными частями оптической системы пирометра являются:

a) объектив 2, служащий для создания изображения объекта, температуру которого измеряют, в плоскости нити фотометрической лампы 4;

b) ослабляющий светофильтр 3, который вводят в оптическую систему при работе на втором пределе измерения ( ). Необ-ходимость длительного сохранения полной неизменности характеристик фотометрической лампы пирометра запрещает нагревать ее нить свыше 1400 . Поэтому при измерении более высоких температур надо ослаблять яркость излучения объекта так, чтобы ослабленная яркость объекта измерения при его наивысшей возможной температуре (для ОППИР-09 это 2000 ) не превосхо-дила яркости, соответствующей 2000 . Это ослабление яркости достигается введением между объектом 2 и фотометрической лам-пой 4 ослабляющего светофильтра 3, сделанного из специального окрашенного стекла, поглощающего часть излучения;

c) окуляр 5, служащий для рассмотрения нити фотометрической лампы на фоне изображения объекта;

d) диафрагма 7.

Фотометрическая лампа включена в электрическую схему последовательно с понижающим трансформатором 12 и реостатом 11. Реостат служит для регулирования тока накаливания фотометрической лампы. Электроизмерительный прибор – вольтметр 10 – включен параллельно фотометрической лампе. Шкала его проградуирована непосредственно в градусах яркостной температуры.

Рис. 1.4. Оптическая и электрическая схема пирометра ОППИР-09: 1 – нить накаливания лампы; 2 – объектив; 3 – ослабляющий светофильтр; 4 – нить фотометрической лампы (эталон); 5 – окуляр; 6 – красный свето-фильтр;7 – диафрагма; 8 – оправа; 9 – глаз наблюдателя; 10 – вольтметр, проградуированный в градусах Цельсия; 11 – реостат; 12 – понижающий трансформатор; 13 – ЛАТР

Рис. 1.5. Общий вид оптического пирометра ОППИР-09: 2 – объектив; 3 – поворотная головка (для введения, ослабляющего светофильтра); 5 – окуляр; 6 – поворотная обойма красного светофильтра; 10 – шкала вольтметра (в градусах Цельсия); 11 – кольцо реостата (для изменения накала эталонной лампы)

Общий вид оптического пирометра ОППИР-09 показан на рис. 1.5.

В корпусе смонтирована труба объектива 2, внутри которой может скользить выдвижной тубус с укрепленной на нем линзой объектива. Наибольшее возможное выдвижение тубуса объектива обеспечивает получение четкого изображения накаленного объекта при удалении от объектива от 0,7м до оптической бесконечности.

Поворотная головка 3 вводит в поле зрения ослабляющий светофильтр. Светофильтр введен, когда белая указательная точка на поворотной головке совпадает с цифровым указателем «20» на корпусе.

Окулярная система смонтирована в выдвижном тубусе окуляра 5. В тубусе окуляра установлены на конце, обращенном внутрь корпуса пирометра, линза окуляра, а на противоположном внешнем конце, обращенном к наблюдателю, монохроматический красный светофильтр и выходная диафрагма. Красный монохроматический светофильтр укреплен в поворотной обойме 6. Поворотом обоймы светофильтр может быть выведен из поля зрения при измерении низких температур (до 900 ), когда яркость мала. Возможность выдвижения тубуса оку-лярной системы обеспечивает четкую видимость нити фотометрической лампы и создаваемого в плоскости нити изображения объекта.

Электроизмерительный прибор встроен в пирометр для измерения падения напряжения на фотометрической лампе, меняющегося в зависимости от тока накала нити фотометрической лампы, а следовательно, и от ее температуры, равной при фотометрическом равновесии измеряемой яркостной температуре накаленного объекта.

Действительная температура тела Т может быть вычислена, если известна его яркостная температура , через коэффициент моно-хроматической испускательной способности для исследуемого тела К. Для вольфрама .

На рис. 1.6 представлена зависимость истинной температуры объекта Т, , от его яркостной температуры , , для вольфрама ( мкм).

Порядок выполнения работы

Объектом исследования в настоящей работе служит вольфрамовая нить лампы накаливания 1 (см. рис. 1.4).

При каждом установленном напряжении на лампе накаливания определяют яркостную температуру вольфрамовой нити оптическим пирометром. Перед началом работы ознакомиться со схемой подачи переменного напряжения на исследуемую электролампу (см. рис. 1.4).

1. Подготовить к работе оптический пирометр: повернуть кольцо реостата влево до упора.

2. Включить пирометр. Постепенно поворачивая кольцо реостата 11 (см. рис. 1.5) по часовой стрелке, довести накал нити фотометричес-кой лампы прибора до 1000 (по показаниям прибора). Ввести красный светофильтр 6 и, передвигая тубус окуляра 5, добиться резкости изображения нити фотометрической лампы.

3. Подать на исследуемую осветительную лампу 1 напряжение 60 В, направить объектив 2 на раскаленную нить осветительной лампы, и, передвигая тубус объектива, добиться резкого изображения нити лампы накаливания на фоне эталонной фотометрической нити.

4. Добиться поворотом реостата равенства яркостей исследуемой нити с нитью фотометрической лампы, при котором средний участок (вершина дуги) фотометрической нити исчезает на фоне нити лампы накаливания. Как только равенство яркостей достигнуто, произвести отсчет температуры по шкале прибора (пределы которой ). Повторить эксперимент три раза, добиваясь каж-дый раз исчезновения нити при подходе от слишком малой или слишком большой яркости. Результаты занесите в таблицу.

Рис. 1.6. График зависимости истинной температуры объекта Т от его яркостной температуры ТЯ для вольфрама (на мкм)

Режим измерения	U, В	Тя,оС	Тя (ср), оС	Т, оС
Без ослабляющего светофильтра
С ослабляющим светофильтром

5. Повторить опыт при более высоких заданных напряжениях. Для ослабления яркости нити исследуемой лампы при температурах от 1400 до 2000 необходимо ввести ослабляющий свето-фильтр и соответственно произвести отсчет температуры по шкале с пределами .

6. Вычислить среднее значение яркостных температур вольфрамовой нити лампы накаливания при выбранных напряжениях.

7. Используя график зависимости действительной температуры от яркостной для вольфрама (рис. 1.6), определить действительные температуры вольфрамовой нити лампы накаливания по средним значениям при соответствующих напряжениях.

Контрольные вопросы

1. Какое излучение называется тепловым?

2. Какими величинами характеризуется тепловое излучение?

3. Какое тело называется абсолютно чёрным телом. Приведите примеры тел, близких по своим свойствам к абсолютно черному телу.

4. Сформулируйте основные законы теплового излучения.

5. Что такое оптическая пирометрия?

6. Какая температура называется яркостной температурой? Как и почему действительная температура отличается от яркостной.

7. В чем заключается принцип работы оптического пирометра?

8. Для чего в оптическую систему пирометра вводят ослабляющий светофильтр?

Литература

[2, § 1–4, 7]; [3, § 194 – 202]; [4, § 61– 63]; [5, гл. XIX, § 1 – 3]; [6, § 197 – 202].