Схема радиационного пирометра

Рис.10-6

Принцип действия: изображе­ние участка АВ светящейся поверхности S тела проекти­руется с помощью линзы О на крестообразную пластинку s', изготов­ленную из платиновой фольги с зачерненной поверхностью. В пластинке заложены горячие спаи термопар. Холодные спаи термопар выведены во внешнюю часть при­бора и находятся при комнатной температуре. Температура нагрева пластинки и термоэлектродвижущая сила в цепи термопарзависят только от интегральной испускательной способности R_Э исследуемого тела.

Шкала милливольтметра градуируется по излучению абсолютно черного тела прямо в °С (или К). Поэтому для произвольного излу­чателя пирометр позволяет определить радиационную температуру T_р,

Это такая температура абсолютно черного тела, при которой его интегральная испускательная способность R_Э (T_p) равна интегральной испускательной способности R_Э исследуемого тела.

Из формул (9-8) и (9-10) следует, что для нахождения истин­ной температуры Т исследуемого тела необходимо знать его коэффи­циент черноты a: , или

Оптический пирометр (пирометр с исчезающей нитью)

Рис.10-7

С помощью объектива О изображение светящейся поверхности исследуемого тела совмещается с плоскостью нити накала лампы Л. Нить и изображение тела рассматриваются через окуляр О1 и светофильтр Ф, пропускающий красный свет с длиной волны 660 нм. Яркость накала нити регулируется путем изменения идущего по ней тока с помощью рео­стата R.

Методика измерений:

Силу тока в цепи нити подбирают так, чтобы нить не была видна на фоне по­верхности исследуемого тела, т. е. чтобы испускательные способности нити и поверхности были одинаковы на некоторой длине волны (например, 660 нм).

Поэтому, с помощью оптического пирометра можно определить яркостную температуру исследуемого тела:

Это такая температура Т_я абсолютно черного тела, при ко­торой его испускательная способность r*_λ для монохроматического света λ ₀ равна испускательной способности r_λ исследуемого тела:

Где Т- истинная температура тела.

Из закона Кирхгофа следует, что

где - поглощательная способность исследуемого тела для монохроматического света при температуре Т тела,

a -испускательная способность абсолютно черного тела для тех же значений длины волны и темпе­ратуры.

Таким образом

Из формулы Планка, записанной через длины волн, следует формула для определения истинной тем­пературы тела по его яркостной температуре (необходимо знать поглощательную способность тела ):

Для серых тел справедлив закон смещения Вина (9-12) и, зная λ _т, можно определить температуру этих тел: .

К несерым телам закон Вина неприменим. Однако если исследуемое.тело слабо отличается от серого, то его истинная температура Т близка к так называемой цветовой температуре Т_ц которая нахо­дится из условия:

где λ₁ и λ₂ - два определенных значения длины волны света. Обычно

принимают λ₁=655 нм (красный свет) и λ₂ =470 нм (синий свет).

Пример: Вывод закона Вина из формулы Планка

Найдем выражение для испускательной способности абсолютно черного тела, r*_λ, через длину волны λ. Для этого формулу (10-1) представим в виде:

Знак минус означает, что изменение r*_λ с длиной волны противоположно по знаку изменению r*_ν с частотой. Поэтому для записи формулы Планка можно использовать модуль r*_λ:

.

Продифференцируем последнее выражение по λ:

.

Длину волны λ _m, соответствующую максимальному значению r*_λ,найдем равняв нулю эту производную и введя обозначение x=hc/(kTλ_m):

.

Это трансцендентное уравнение имеет единственный корень, равный 4 965. Следова­тельно, λ _m удовлетворяет закону смещения Вина:

Отсюда:

Эта формула позволяет определить постоянную Планка по известному из опыта значению постоянной Вина.

---

Дата добавления: 2015-07-11