Термометрія за випромінюванням тіла

Вимірювання температури за випромінюванням тіла базується на використанні основних законів випромінювання, які встановлюють зв'язок між температурою випромінювача (досліджуваного об'єкта) і його спектральною світністю, тобто кількістю енергії, яка випромінюється за одиницю часу з одиниці поверхні досліджуваного об'єкта і яка міститься у певному діапазоні довжин хвиль. Залежно від спектральної чутливості пристрої вимірювання температури за випромінюванням поділяють на радіаційні, квазімонохроматичні та спектрального випромінювання.

Радіаційні пірометри (повного випромінювання) є найпростішими за будовою. Щоправда, вони найменш точні серед приладів, що вимірюють температуру за випромінюванням. Радіаційний пірометр складається з оптичної системи (телескопа), первинного перетворювача потоку випромінювання в електричний сигнал і вторинного вимірювального приладу. Як первинний перетворювач найчастіше використовують зачорнені термоелектричні перетворювачі або болометри, які чутливі до всіх довжин хвиль потоку випромінювання, що ними сприймається.

Існують два різновиди оптичних систем радіаційних пірометрів: рефракторна (з заломлювальною лінзою) і рефлекторна (з відбивальним внутрішнім дзеркалом) системи. В рефракторному пірометрі (рис. 5, а) випромінювання від досліджуваного об'єкта 1 надходить на об'єктив (лінзу) 2 і через діафрагму 3 фокусується на гарячому спаї термоперетворювача. Термо-ЕРС, що виникає, вимірюється мілівольтметром, який градуюється в одиницях вимірюваної температури. Для компенсації похибки від зміни температури вільних кінців термоперетворювачів використовують пристрій 5 автоматичної корекції похибки у формі, наприклад, мостової схеми. Для візування телескопа на об'єкт вимірювання служить окуляр 6 і діафрагма 7.

У рефлекторному телескопі (рис. 5, б) випромінювання від досліджуваного об'єкта 1 через діафрагму 2 надходить на рефлектор З, відбивається і фокусується на гарячих спаях термоперетворювача. Коло вимірювання термо-ЕРС складається, як і в рефракторних системах пірометрів, з вимірювального приладу і пристрою 5 автоматичної корекції похибок від зміни температури вільних кінців термоперетворювача.

Рис.5. Будова пірометрів повного випромінювання

Пірометри повного випромінювання призначені для вимірювання температури в діапазоні 30...З 000 °С з основною похибкою 1,5...2 %.

На практиці зробити приймач випромінювання, який би поглинав випромінювання всіх довжин хвиль від 0 до ∞, дуже важко. Тому дуже часто задовольняються приймачами, які сприймають випромінювання в обмеженому діапазоні довжин хвиль. Пірометрами, принцип дії яких базується на залежності від температури енергетичної світності випромінювача в обмеженому інтервалі довжин хвиль, називають пірометрами часткового випромінювання.

Пірометри, принцип дії яких базується на використанні залежності від температури спектральної світності або пропорційної до неї спектральної яскравості (тобто спектральної світності, віднесеної до одиниці просторового кута), називають квазімонохроматичними або яскравісними.

Рис.6. До принципу дії оптичного пірометра

Найбільш розповсюджені серед яскравісних пірометрів візуальні пірометри із ниткою, що зникає (рис. 6, а), які називаються також оптичними пірометрами. При вимірюванні такими пірометрами випромінювання від досліджуваного об'єкта 1 через об'єктив 2 фокусується на нитку розжарення пірометричної лампи 4. Між об'єктивом та пірометричною лампою при вимірюванні температури понад 1500°С (допустима температура нитки розжарювання) ставиться поглинальне скло 3. Зображення об'єкта дослідження і нитки пірометричної лампи при вимірюванні температури спостерігається пірометристом через окуляр 6. Між окуляром і пірометричною лампою знаходиться червоний світлофільтр 5.

Змінюють розжарення нитки пірометричної лампи, регулюючи струм розжарення за допомогою регулівного реостата Rp. Значення цього струму вимірюється приладом, проградуйованим в одиницях вимірюваної температури.

Реалізація пірометрів спектрального відношення значно складніша, ніж пірометрів часткового монохроматичного випромінювання. Спрощена схема такого пірометра показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема пірометра спектрального випромінювання

Випромінювання від досліджуваного об'єкта 1 фокусується об'єктивом 2 в площині діафрагми 3 і через біхроматичний модулятор 4, оптичну систему 5 і діафрагму 6 потрапляє на приймач випромінювань 7, яким може бути піроелектричний перетворювач, фотодіод чи фоторезистор. Діафрагма З - це калібрований отвір в круглій пластині із дзеркальною поверхнею. Зображення об'єкта в площині діафрагми 3 спостерігається візирним пристроєм, який складається з дзеркала та стандартного мікроскопа. З біхроматичного модулятора на приймач випромінювань почергово потрапляють потоки випромінювання досліджуваного об'єкта в двох різних ділянках спектра, для чого використовуються два світлофільтри, які закріплені в диску біхроматичного модулятора, що обертається, за допомогою двигуна ДС. Отже, сигнал з приймача випромінювань - це послідовність імпульсів, що чергуються, і пропорційних енергетичній світності досліджуваного об'єкта в двох спектральних інтервалах. Ці імпульси, підсилені попереднім підсилювачем ПП, надходять на електронний блок проміжкового перетворювача сигналів ППС, який реалізує функцію перетворення пірометра спектрального відношення і виробляє вихідний сигнал Uвих, зв'язаний з вимірюваною колірною температурою лінійною залежністю. Вихідним сигналом ППС є напруга постійного струму 0...1 В, яка може вимірюватись вихідним приладом ВПр, проградуйованим у одиницях вимірюваної температури. Є також вихід 0...100 мВ для підключення автоматичного потенціометра.

Пірометри спектрального відношення відрізняються високими чутливістю і точністю. Діапазон вимірювань різних модифікацій цих пірометрів від 750 до 2 900 °С, основна похибка 0,6 %.

Контрольні запитання:

1. Які параметри можуть змінюватися при дії температури?

2. Чому використовуються трьох-, чотирьох –провідні схеми включення термометрів опору у вимірювальні кола?

3. Опишіть схему автоматичного моста для вимірювань температури.

4. Опишіть схему автоматичного потенціометра для вимірювань температури.

5. Для чого призначені пірометри випромінювання? Як їх класифікують?

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Термометрія за допомогою термоелектричних перетворювачів	\|	Вимірювання хімічного складу і концентрації рідини

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.