Оптическая пирометрия

Законы теплового излучения (Стефана-Больцмана или Вина) используются для измерения температуры раскаленных и самосветящихся тел (например, звезд).

Оптической пирометрией называются методы измерения высоких температур, использующие зависимость энергетической светимости и испускательной способности тел от температуры.

Пирометрами называют приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения в оптическом диапазоне спектра.

В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется для определения температуры тел, различают радиационную, цветовую и яркостную температуры.

1. Радиационная температура – это такая температура абсолютно черного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости исследуемого тела. .

Радиационный пирометр состоит из приемника, на который с помощью линзы концентрируется световая энергия, исходящая от исследуемого тела.

Падающая на приемник световая энергия нагревает его. Изменение температуры регистрируется с помощью гальванометра. Для правильной работы радиационного пирометра важно, чтобы приемник при измерении температуры был полностью покрыт изображением светящегося тела. Шкала пирометра предварительно градуируется с помощью абсолютно черного тела. При измерении радиационной температуры не абсолютно черного тела радиационная температура Т_р тела всегда меньше его истинной температуры Т. Для того, чтобы узнать истинную температуру, зная радиационную, надо знать отношение светимости данного тела к светимости абсолютно черного тела . Для многих тел это отношение известно. Например, для вольфрама при температуре 1500 К , при температуре 3500 К – 0,34 и т.д. Тогда .

2. Серое тело – это тело, поглощательная способность которого меньше 1, но одинакова для всех частот (в широком интервале частот) и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела. Следовательно, испускательные способности черного и серого тел отличаются только постоянным множителем , т.е.

Серое тело – это тело, у которого распределение энергии в спектре излучения совпадает с распределением энергии в спектре абсолютно черного тела.

Цветовая температура – это температура, которая измеряется по на основе закона смещения Вина .

Цветовая температура – это температура абсолютно черного тела, максимум излучения которого совпадает с максимумом данного тела.

Для серых тел цветовая температура совпадает с истинной. Для тел, которые сильно отличаются от серых, понятие цветовой температуры теряет смысл.

3. Яркостная температура – это температура абсолютно черного тела, при которой для определенной длины волны его испускательная способность равна испускательной способности исследуемого тела.

Яркостная температура определяется на основе сопоставления энергии излучения определенного спектрального интервала длин волн у исследуемого объекта и абсолютно черного тела. Для ее определения используются оптические пирометры с исчезающей нитью. 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). В фокусе объектива помещается электрическая лампа со специальной нитью, изогнутой в форме полуокружности. Регулируя накал лампы, можно подобрать такой ток, при котором испускательная способность нити и исследуемого тела в области пропускания светофильтра (чаще всего вблизи 0,6 мкм) окажется совпадающей. Тогда нить накала лампы на фоне светящегося тела перестанет быть видимой («исчезающая» нить).

А. Яркостная температура для разных участков спектра различна.

Б. Показания прибора чаще всего отградуированы с помощью абсолютно черного тела. Если исследуемое светящееся тело не является черным, то его истинная температура будет меньше измеренной яркостной температуры. Для определения истинной температуры тела нужно знать отношение испускательных способностей исследуемого тела и абсолютно черного в той области спектра, которая пропускается используемым светофильтром.

В светотехнике принято называть белым светом излучение ачт температуры 5200 К.

Дата добавления: 2015-07-11