Пирометры

В ряде отраслей промышленности, например, в металлургии возникает необходимость бесконтактного измерения температуры. Это происходит в случаях недоступности объекта или когда температура объекта слишком высока, и взаимодействующий с ним датчик может выйти из строя, в частности, расплавиться. В этих случаях применяют средства измерений, в которых реализуются пирометрические методы измерения температуры, или методы, основанные на тепловидении.

К пирометрическим методам измерения температуры относятся пирометры полного излучения (радиационные пирометры), пирометры частичного излучения (яркостные пирометры) и пирометры спектрального отношения (цветовые пирометры).

Принцип действия радиационных пирометров основан на том, что по закону Стефана-Больцмана интегральная мощность излучения абсолютно черного тела (АЧТ) зависит от температуры: , где . Однако для реального тела эта зависимость может сильно изменяться в зависимости от состояния его поверхности и от материала. Пирометр, отградуированный по излучению АЧТ, покажет в реальности радиационную температуру , где  - коэффициент теплового излучения.

Схема радиационного пирометра представлена на рис. 57 а. Пределы измерения такого пирометра (400 ¸ 3000)°С. Излучение объекта воспринимается

пирометром, фокусируется и попадает на термопару, находящуюся в фокусе линзы. Возникающая термоЭДС пропорциональна температуре, при которой находится термопара. Эта термоЭДС измеряется любым милливольтметром. Задачей оператора является наведение объектива пирометра на объект.

В яркостных пирометрах используется зависимость мощности излучения от температуры в ограниченном диапазоне длин волн излучения. В таких пиро-

метрах обычно используется красный светофильтр, пропускающий излучения с длинами волн (0.648 ¸ 0.664) мкм. И здесь мощность излучения зависит от материала излучающего объекта и от состояния его поверхности.  Так, для полированной меди коэффициент теплового излучения равен 0.03, для вольфрама 0.6, для окисленного железа 0.6 ¸ 0.9, для силикатных огнеупоров 0.9.

Принцип действия яркостного пирометра показан на рис. 57 б. В фокусе линзы находится образцовая нить, которая нагревается от источника тока, проходящего через регулировочное сопротивление . Оператор регулирует этим сопротивлением ток до тех пор, пока нить не окажется неразличимой на фоне изображения излучающего тела. Этот ток измеряется и по его величине судят о температуре объекта с учетом его материала и качества поверхности. Пределы измерения таких пирометров от 300°С до 6000°С.

В настоящее время для бесконтактного измерения температуры применяются методы тепловидения. В тепловизионных пирометрах в фокусе приемной линзы находится матрица, составленная из теплочувствительных элементов, выходные сигналы которых сканируются и передаются для дальнейшей обработки в микропроцессор или компьютер. Разрешающая способность таких пирометров достигает 0.1°С.

Недостатком всех бесконтактных пирометров является сильная зависимость результатов измерений от коэффициента теплового излучения объекта, значение которого известно с ограниченной точностью. Достоинство бесконтактных пирометров - отсутствие непосредственного взаимодействия с объектом, вследствие чего тепловое поле объекта при измерении температуры не искажается. Кроме того с помощью подобных пирометров удается измерить, правда, с невысокой точностью температуру таких труднодоступных объектов, как планеты солнечной системы или даже звезды.