Пирометрами излучения или просто пирометрами называют приборы для измерения температуры тел по тепловому излучению. Измерение температуры тел пирометрами основано на использовании законов и свойств теплового излучения. Особенностью методов пирометрии является то, что информация об измеряемой температуре передается неконтактным способом. Ввиду этого удается избежать искажений температурного поля объекта измерений, так как не требуется непосредственного соприкосновения термо приемника с телом.
По принципу действия пирометры для локального измерения температуры делят на яркостные пирометры, цветовые пирометры, радиационные пирометры. Основной величиной, воспринимаемой глазом исследователя или приемниками теплового излучения пирометров, является интенсивность или яркость излучения тела. Действие яркостных пирометров основано на использовании зависимости спектральной интенсивности излучения тела от температуры тела. Яркостные пирометры, используемые в видимой части спектра излучения, с регистрацией сигнала при помощи глаз исследователя, называются оптическими пирометрами. Оптические пирометры являются наиболее простыми в обслуживании и широко применяются для измерения температуры от 700°С до 6000°С.
Для измерения яркостной температуры в видимой части спектра широко используются оптические пирометры с исчезающей нитью переменного и постоянного накала. Яркостная температура тела измеряется путем сравнения спектральной интенсивности излучения измеряемого тела с интенсивностью излучения нити пирометрической лампы при одной и той же эффективной длине волны (эффективная длина волны находится внутри узкого конечного интервала длин волн, в котором происходит излучение тела). При этом яркостная температура нити лампы устанавливается градуировкой по абсолютно черному телу или по специальной температурной лампе.
Оптическая система пирометра позволяет создать изображение объекта измерения в плоскости нити пирометрической лампы. В момент достижения равенства спектральных интенсивностей излучения объекта измерения и нити лампы вершина нити исчезает на фоне свечения тела.
Принцип действия цветовых пирометров основан на использовании зависимости отношения интенсивностей излучения, измеренных в двух достаточно узких спектральных интервалах, от температуры излучающего тела. Название «цветовые пирометры» происходит из-за того, что в видимой части спектра изменение длины волны при фиксированной температуре тела сопровождается изменением его цвета. Цветовые пирометры применяются для автоматического измерения температур в диапазоне 700°С - 2880°С.Цветовые пирометры имеют более низкую чувствительность, чем яркостные, в особенности при высокой температуре, но при использовании цветовых пирометров поправки на температуру, связанные с отличием свойств реальных тел от свойств абсолютно черного тела, получаются меньшими, чем при использовании других пирометров.
Радиационные пирометры - это приборы для измерения температуры по интегральной интенсивности (яркости) излучения тела. Они используются для измерения температуры от 20°С до 3500°С. Эти приборы имеют меньшую чувствительность, чем яркостные и цветовые, но измерения радиационными методами технически более простые.
Радиационные пирометры состоят из телескопа, приемника интегрального излучения, вторичного прибора и вспомогательных устройств. Оптическая система телескопа концентрирует энергию излучения тела на приемник интегрального излучения, степень нагрева которого, т.е. температура, а, следовательно, и выходной сигнал пропорциональны падающей энергии излучения и определяют радиационную температуру тела. В качестве приемника излучения (чувствительного элемента) чаще всего используют термобатареи из нескольких последовательно соединенных термопар. Наряду с термобатареями в качестве приемников интегрального излучения могут быть использованы и другие теплочувствигельные элементы, например болометры, в которых излучение от объекта измерения нагревает чувствительный к температуре резистор. Изменение температуры резистора служит мерой радиационной температуры. В качестве вторичных приборов, регистрирующих сигнал приемник излучения, используют показывающие самопишущие и регистрирующие приборы. Шкала вторичных приборов обычно градуируется в градусах радиационной температуры. Для исключения погрешностей, обусловленных нагревом корпуса пирометра (телескопа) из-за теплообмена его с окружающей средой и в результате поглощения излучения от объекта измерения. Телескопы радиационных пирометров могут быть снабжены различными системами температурной компенсации.
Выполнение работы.
Данное задание выполняется с помощью инфракрасного бесконтактного термометра «TESTO 835-T1» (Тайвань), общий вид показан на рис.1.Основные технические данные пирометра: диапазон измерения (-30… +6000С); цена деления 0,1 0С.
Рис.1
В качестве предмета, с поверхности которого измеряется температура, используется радиатор блока поверхностного нагрева (рис.2)
Рис.2 Блок поверхностного нагрева. Обозначения: 1 –поверхность радиатора для измерения температуры.
Блок позволяет проводить уставку температуры поверхности радиатора в диапазоне 50 …. 150 градусов Цельсия. Для проведения уставки необходимо при положении «Стоп» переключателя «Регулирование», включить питание, затем, нажимая кнопки «вверх» и «вниз» на измерителе-регуляторе, установить требуемую температуру. Значение температуры уставки отображается нижним цветовым индикатором зеленого цвета. После выбора температуры переключатель «Регулирование» переводится в положение «Пуск» и начинается нагрев поверхности радиатора. Нажать три раза кнопку «ПРОГ» на измерителе-регуляторе, при этом текущая температура отображается на верхнем цветовом индикаторе красного цвета. При равенстве текущей и установленной температуры можно проводить измерения температуры бесконтактным способом. Порядок выполнения работы:
1. Изучить руководство пользователя пирометра «TESTO 835-T1» (далее пирометр).
2. Включить стенд. Включить блок поверхностного нагрева.
3. Сделать уставку 500С блока поверхностного нагрева, разогреть поверхность до установленной температуры.
4. Включить пирометр.
5. Измерить температуру поверхности.
6. Зафиксировать показания температуры, показываемой пирометром.
7. Заполнить данные в таблицу измерений:
| Туставки | |||||
| Тпиром. |
8. По указанной методике, увеличивая температуру поверхности радиатора, снять показания пирометром при различных значениях температуры поверхности (шаг температуры и число опытов на усмотрение преподавателя).
9. Провести анализ результатов измерений, сделать выводы.
10.По окончании измерений выключить питание блоков, выключить установку.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение понятия Температура
2. На чем основаны контрактный и бесконтактный методы измерения температур?
3. Охарактеризуйте Термометры, основанные на тепловом расширении вещества
4. Охарактеризуйте Термометры, основанные на измерении давления вещества
5. Охарактеризуйте Жидкостный стеклянный термометр
6. Охарактеризуйте Термоэлектрический термометр
7. Что является чувствительным элементам электрического термометра сопротивления?
8. Охарактеризуйте Пирометры излучения
9. На чем основан Принцип действия цветовых пирометров?
10. Охарактеризуйте Радиационные пирометры