Главная | Обратная связь

Яркостные (оптические) пирометры

Измерение яркостной температуры тела осуществляется путем сравнения интенсивности излучения волн определенной длины измеряемого тела и регулируемого источника света, яркостная температура которого известна. В качестве чувствительного эле­мента, определяющего совпадение интенсивностей излучения, слу­жит обычно глаз человека.

Для выделения узкой спектральной области излучения приме­няются светофильтры. Узкую полосу пропускания можно получить с помощью сложной спектральной аппаратуры. В технических измерениях обычно применяют стеклянные светофильтры, имеющие широкую полосу пропускания. Это дает возможность использовать их лишь вблизи края видимого спектра, в области красных лучей.

Глаз человека обладает различной спектральной чувствитель­ностью. Максимум чувствительности приходится на волны длиной = 0,555 мк. Относительная видность среднего глаза показана на рис. 13, кривая 1. Граница пропускания одного из стеклянных

Рис. 13. Относительная видность среднего глаза человека и кривые пропускания красного светофильтра.

красных светофильтров показана кривой 2 пропускания . Фильтр с коэффициентом пропускания пропускает длинные волны. Таким образом, при наличии фильтра глаз может воспринять излу­чение, отвечающее области, показанной площадкой абв (рис. 10). Изменение излучений в этой области можно приравнять к измене­нию интенсивности излучения узкого спектрального участка неко­торой эффективной длины волны , по которой и вычисляется яркостная температура. Однако при изменении температуры фильтра кривая пропускания смещается. Пунктирной линией 3 показана кривая пропускания при изменении температуры от 20 до 80°С. Очевидно, что при этом изменится и эффективная длина волны . По ГОСТ 8335—67 красные светофильтры подбираются с такими зависимостями = f( ), чтобы = 0,65 ±0,01 мк на всем диапазоне измерений при температуре окружающей среды 20±5°С.

В Советском Союзе большое распространение получили оптиче­ские пирометры с исчезающей нитью. В таких пирометрах интен­сивность излучения тела на длинах волн = 0,65 мк сравни­вается с интенсивностью излуче­ния нити электрической (пиромет­рической) лампы накаливания на тех же длинах волн. Нить лампы проектируется на фоне раскален­ного тела. Нить, нагретая меньше,

Рис. 14. Нить пирометрической лампы на фоне раскаленного тела при температурах нити: а — ниже температуры раскаленного тела; б — равной температуре раскаленного тела; в — выше температуры раскаленного тела

Рис. 14. Схема оптического пирометра с исчезающей нитью пере­менного накала

чем раскаленное тело, будет казаться темной на светлом фоне (рис. 14,а). Нить, нагретая более, чем раскаленное тело, будет светлее фона (рис. 14,в). При равенстве яркостных температур нити и тела средняя часть нити исчезнет на фоне раскаленного тела (рис.. 14,б).

Уравнивание яркостей достигается обычно изменением силы тока в лампе. Встречаются конструкции пирометров, у которых уравнива­ние яркостей осуществляется при постоянном накале лампы за счет ослабления фона раскаленного тела ослабляющим (нейтральным) светофильтром переменной толщины.

Яркостная температура лампы устанавливается предваритель­ной градуировкой в зависимости от силы питающего лампу тока или при постоянной силе тока — от положения ослабляющего свето­фильтра.

Уравнивание яркостей производится через красный светофильтр, выделяющий излучение, эквивалентное расчетной эффективной длине волны .

Схематически оптический пирометр с исчезающей нитью пере­менного накала показан на рис. 15. Пирометрическая (фотометрическая) лампа 3 питается током от батареи Б. Сила питающего тока определяется по миллиамперметру mА, шкала которого обычно градуируется в соответствующих градусах яркостной температуры. Сила тока в лампе регулируется реостатом R с помощью! поворотного кольца 6. Для фокусирования изображения измеряемого раскаленного тела с плоскостью нити лампы служит объек­тив 1. Окуляр 4 предназначается для корректирования изобра­жения нити по глазу наблюдателя. Красный светофильтр 5 вклю­чается к моменту отсчета; при предварительной наводке он может быть выключен.

Так как нить лампы во избежание перекаливания нельзя нагре­вать выше 1400°С, то для измерения более высоких температур перед лампой включается ослабляющий (поглощающий) свето­фильтр 2, уменьшающий видимую интенсивность излучения раска­ленного тела. Тогда уравнивание яркостей будет происходить при различных температурах: Т₁ — нити лампы и Т₂ — измеряемого тела.

При включенном ослабляющем светофильтре силе тока, проте­кающего по нити лампы, будут соответствовать уже другие темпе­ратуры измеряемого тела. Поэтому миллиамперметры имеют обычно две шкалы измерений: без ослабляющего (поглощающего) светофильтра и со светофильтром. Соотношение между температу­рами по этим шкалам определяется величиной А пирометрического ослабления. По уравнению Вина

(27)

Коэффициент пропускания зависит от длины волны . Для того чтобы сохранить величину А постоянной независимо от колебаний эффективной длины волны , подбирают такие светофильтры, у которых произведение ∙ сохраняется постоянным для волн вблизи =0,65 мк. Это позволяет выдержать требование ГОСТ 8335—67 в том, чтобы величина А пирометрического ослабления не изменялась более, чем на 1∙10^-6 град^-1 на всем интервале измеряемых темпе­ратур.