Обзор развития, современное состояние и значение метрологии
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
p>
Все физические тела, температура которых превышает абсолютный нуль, испускают тепловые лучи. Тепловое излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое объектом за счет его внутренней энергии (в отличие, например, от люминесценции, которая возбуждается внешними источниками энергии).
Ввиду того что интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением температуры тел, пирометры используются в основном для измерения температуры от 300 до 6000С и выше. Для измерения температур свыше 3000С методы пирометрии являются практически единственными, так как они бесконтактны, т.е. не требуют непосредственного контакта датчика прибора с объектом измерения. Теоретически верхний предел измерения температуры пирометрами излучения неограничен.
Следует также отметить, что бесконтактные методы измерения обладают тем положительным свойством, что при использовании их не искажается температурное поле объекта измерения. В то же время для тех интервалов температур, где могут применяться и контактные методы, последним отдается предпочтение из-за их более высокой точности.
Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излучения, т. е. излучает волны всех длин ? в диапазоне от 0 до бесконечности. Видимое глазом человека излучение, называемое светом, охватывает диапазон длин волн 0,40-0,75 мкм. Невидимые лучи охватывают инфракрасный участок спектра, т. е. диапазон от ?=0,75 до ?~400 мкм, за которым следует постепенный переход в радиоволновой диапазон. Лучи с ?<0,40 мкм также невидимы и относятся к ультрафиолетовому диапазону, за которым следуют рентгеновские и гамма-лучи.
Температурное излучение характеризуют переносимой им энергией. Количество лучистой энергии в лучах длиной волны от ? до ? + ??, излучаемой телом с единицы поверхности в единицу времени, называют монохроматической интенсивностью излучения. Количество лучистой энергии, излучаемой при данной температуре единицей поверхности тела в единицу времени для длин волн от 0 до ?, называют интегральной интенсивностью излучения.
Для абсолютно черного тела зависимость монохроматической интенсивности излучения от температуры тела и длины волны выражают уравнением
где С1 и С2 - постоянные излучения; К - длина волны, для которой определяют интенсивность излучения; е - основание натуральных логарифмов; Т - абсолютная температура. Эта зависимость положена в основу измерения температуры при помощи оптических пирометров.
Логарифм отношения интенсивностей излучения при длинах волн ?1 и ?2 и при малых значениях ?T
где С?1 и С?2 - постоянные, зависящие от ?1 и ?2.
Полученная зависимость используется при измерении температуры цветовыми пирометрами.
Для абсолютно черного тела интегральная интенсивность излучения
где ? - постоянный коэффициент. На этой зависимости основано измерение температуры радиационными пирометрами.
Монохроматическая и интегральная интенсивности излучения всякого физического тела всегда меньше, чем у абсолютно черного тела, при одинаковой температуре. Для физических тел
где ?? и ? - коэффициенты, соответственно, монохроматического и интегрального излучения, меньшие единицы.
Значения ?? и ? различных физических тел различны и зависят от многих трудно учитываемых факторов: от состава вещества, состояния поверхности тела, температуры тела и т.д. Поэтому градуировку пирометров излучения производят по излучению абсолютно черного тела. При измерении температуры физического тела возникает погрешность, которую можно учесть, если известны коэффициенты ?? и ?.
Если коэффициенты монохроматического излучения тела в двух длинах волн равны, то логарифм отношения интенсивностей излучения не зависит от ??. Поэтому в цветовых пирометрах при указанных условиях не требуется вводить поправку на неполноту излучения объекта.
В оптическом пирометре (рис. 10.12) интенсивность излучения нагретого тела измеряют путем сравнения в монохроматическом свете яркости исследуемого тела с яркостью нити лампы накаливания.
Рисунок 10.12 - Конструкция оптического пирометра
Пирометр предварительно градуируют по излучению абсолютно черного тела. Под яркостью понимают отношение силы света в данном направлении к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению. Два тела, имеющие в одном направлении одинаковую яркость, обладают одинаковой интенсивностью излучения.
В этом пирометре яркость исследуемого тела 1 сравнивается с яркостью нити фотометрической лампы 4. Яркость нити лампы, накаливаемой от источника Б, регулируют реостатом R. Фотометрическая лампа встроена в телескоп, имеющий объектив 2 и окуляр 5. При измерении температуры телескоп направляют на исследуемое тело 1 и передвижением объектива и окуляра добиваются получения четкого изображения тела и нити фотометрической лампы в одной плоскости. Изменяя ток в фотометрической лампе, добиваются совпадения яркости нити и исследуемого тела. Отсчет показаний в момент совпадения яркости производят по шкале вольтметра, который градуируют в градусах температуры абсолютно черного тела. Иногда для повышения точности измерения тока или падения напряжения на нити лампы применяют компенсатор постоянного тока.
Для того чтобы интенсивности излучения сравнивались в спектре монохроматических лучей, в пирометре предусмотрен красный светофильтр 6, п?/p>