Пирометры

Пирометры (от греч.(греческий) pýr — огонь и ...метр), приборы для измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптической диапазоне спектра. Тело, температуру которого определяют при помощи П., должно находиться в тепловом равновесии и обладать коэффициентом поглощения, близким к единице (см. Пирометрия). Распространены яркостные, цветовые и радиационные П. Основным типом является яркостный П., обеспечивающий наибольшую точность измерений температуры в диапазоне 10³—10⁴ К. В простейшем визуальном яркостном П. с исчезающей нитью (рис. 1) объектив фокусирует изображение исследуемого тела на плоскость, в которой расположена нить (ленточка) эталонной лампы накаливания. Через окуляр и красный фильтр, позволяющий выделять узкую спектральную область около длины волны l_э = 0,65 мкм, нить рассматривают на фоне изображения тела и, изменяя ток накала нити, добиваются выравнивания яркостей нити и тела (нить в этот момент становится неразличимой). Шкала прибора, регистрирующего ток накала, прокалибрована обычно в °С или К, и в момент выравнивания яркостей прибор показывает так называемую яркостную температуру (T_b) тела. Истинная температура тела Т определяется на основе законов теплового излучения Кирхгофа и Планка по формуле:

  Т = TbC2/(C₂ + l _эТь Ina_l,T), (1)

где C₂ = 0,014388 м ×К, a_{l, T} — коэффициент поглощения тела, l _э — эффективная длина волны П.

  Точность результата в первую очередь зависит от строгости выполнения условий пирометрия, измерений (a_{l, T} » 1 и др.). В связи с этим наблюдаемой поверхности придают форму полости. Основная инструментальная погрешность обусловлена нестабильностью температурной лампы. Заметную погрешность могут вносить также индивидуальные особенности глаза наблюдателя. У фотоэлектрических П. (рис. 2) этот вид погрешности отсутствует. Погрешность образцовых лабораторных фотоэлектрических П. не превышает сотых долей градуса при Т = 1000 °С. Промышленные серийные фотоэлектрические П. обладают на порядок большей погрешностью, визуальные — ещё на порядок большей. Образцовые яркостные П. приняты в качестве основных интерполяционных приборов, определяющих Международную практическую температурную шкалу (МПТШ-68) при температурах выше точки затвердевания золота (1064,43 °С).

  Для измерения температуры тел, у которых a » const в оптическом диапазоне спектра, применяют цветовые П. Этими П. определяют отношение яркостей обычно в синей и красной областях спектра b₁(l₁, T)/b₂(l₂, T) (например, для длин волн l₁ = 0,48 мкм и l₂ = 0,60 мкм). Шкала прибора прокалибрована в °С и показывает цветовую температуру T_c. Истинная температура Т тела определяется по формуле

.(2)

  Цветовые П. менее точны, менее чувствительны и более сложны, чем яркостные; применяются в том же диапазоне температур.

  Наиболее чувствительны (но и наименее точны) радиационные П., или П. суммарного излучения, регистрирующие полное излучение тела. Действие их основано на Стефана — Больцмана законе излучения и Кирхгофа законе излучения. Объектив радиационных П. фокусирует наблюдаемое излучение на приёмник (обычно термостолбик или болометр), сигнал которого регистрируется прибором, прокалиброванным по излучению абсолютно чёрного тела и показывающим радиационную температуру T_r. Истинная температура определяется по формуле

 (3)

где a_T — полный коэффициент поглощения тела. Радиационными П. можно измерять температуру, начиная с 200°С. В промышленности П. широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов.

  Лит.: Рибо Г., Оптическая пирометрия, пер.(перевод) с франц.(французский), М. — Л., 1934; Гордов А. Н., Основы пирометрии, 2 изд., М., 1971.

  В. Н. Колесников.

Рис. 2. Оптическая система автоматического фотоэлектрического пирометра: 1 — источник излучения; 2 — линзы оптической системы; 3 — модулятор, попеременно пропускающий излучение источника и эталонной лампы 4 к фотоэлементу 7; 5 — фильтр с узкой частотной полосой пропускания; 6 — погнутая линза. Фотоэлемент поочерёдно освещается то источником, то лампой. При неравенстве создаваемых ими освещённостей в цепи фотоэлемента возникает переменная составляющая фототока, амплитуда которой пропорциональна разности освещённостей. При измерениях ток накала лампы регулируют так, чтобы переменная составляющая фототока стала равна нулю.

Рис. 1. Принципиальная схема визуального яркостного пирометра с исчезающей нитью: 1 — источник излучения; 2 — оптическая система (телескоп пирометра); 3 — эталонная лампа накаливания; 4 — фильтр с узкой полосой пропускания; 5 — объектив; 6 — реостат, которым регулируют ток накала; 7 — измерительный прибор (миллиамперметр).