Приборы для измерения температуры

3)         цветовым — по отношению  спектральной  интенсивности,   из­лучения телом лучей двух определенных длин волн — по отноше­нию J : J

Яркостный метод измерения, ограниченный только видимой областью спектра, называют также оптическим.

Так как тепловое излучение различных реальных тел при одина­ковой температуре получается неодинаковым, то приходится все измерительные устройства градуировать на температуру, соответ­ствующую излучению абсолютно черного тела. Для определения температур реальных тел приходится в показания измерительных устройств вводить поправки, иногда весьма большие.

Яркостные измерения отличаются высокой чувствительностью, так как спектральная интенсивность излучения J очень резко возрастает с повышением температуры. Для видимого уча­стка спектра абсолютно черного тела интенсивности излучения характеризуются значениями, приведенными в табл. 7.

Как видно из данных табл. 7, при повышении температуры в 2 раза, от 1000 до 2000К, интенсивность излучения волн длиной =0,65 мк изменяется в 64 200 раз! То же наблюдается и на других участках видимого спектра.

Радиационные измерения обладают много меньшей чувстви­тельностью, пропорциональной четвертой степени абсолютной температуры. Эти измерения в ряде случаев можно техни­чески осуществить проще, чем яркостные.

Цветовые измерения, как видно из данных табл. 7, не обла­дают большой чувствительностью, особенно при высоких темпера­турах. Однако при цветовых измерениях удается получить сущест­венно меньшие поправки на температуру реальных тел, чем для других методов измерения.

Таблица 7

Спектральные интенсивности излучения

Яркостные измерения температуры

Определение температуры по спектральной интенсивности излучения принципиально возможно для любой длины волны, а у при­боров с визуальным отсчетом — для любой длины волны видимого спектра. Практически же опреде­ляют температуру по интенсивности излучения обычно в красной об­ласти видимого спектра на волнах длиной =0,65 мк. Выбор таких длин волн определяется следующи­ми основными соображениями:

при относительно    невысоких температурах (порядка 1000К)   интенсивность излучения красных лучей много выше других лучей видимого спектра (табл. 7); выделение узкой спектральной области излучения технически не сложно осуществить у границ видимого спектра.

Пирометры, основанные на мето­де яркостного измерения температур, отградуированные на излучение абсолютно черного тела, при измерении действительной температуры Тд  реальных тел будут показывать более низкую так называемую яркостную температуру Тя тела. Это объясняется более низкой излучательной способностью реальных тел.

Рис. 11. Схематическое изображение зависимости спектральной интенсивности излучения от температуры для коэффициентов черноты  =1 и  =0,5

Яркостной температурой Тя называют температуру, при которой интенсивность излучения абсолютно черного тела равна интенсив­ности излучения реального тела при температуре Тд (рис.11).

Зная монохроматический коэффициент черноты  и температуру  Тя, нетрудно определить действительную температуру Тд тела. По закону Вина  интенсивность излучения

для абсолютно черного тела

(17)

для реального тела

Так как   J =Jто

Логарифмируя, получаем

откуда

 (18)

Если

   (19)

то разность между действительной  и  яркостной   температурами (град)

 (20)

Разность температур для волн длиной  = 0,65 мк в зависи­мости от коэффициента черноты  и яркостной температуры Тя приведена в табл. 8. При высоких температурах и небольших значениях  разность температур получается очень большой.

Значения монохроматического коэффициента черноты  для различных реальных тел наиболее полно установлены для волн длиной К = 0,65 мк. Для других длин волн, крайне редко исполь­зуемых в оптических измерениях температуры, значения е, досто­верно известны лишь для некоторых тел.

Коэффициент черноты для одного и того же тела может сущест­венно меняться при различных состояниях поверхности излучения и нередко различной температуре. Некоторые значения  приве­дены в табл. 9

Точная оценка значений коэффициента черноты  в ряде слу­чаев затруднительна. Наиболее надежные значения действительной температуры реальных тел могут быть получены в условиях, когда значение приближается к единице.

Таблица   8

Разность температур = ТД — Тя при различных значениях коэффициента черноты  для =0,65 мк

Радиационные измерения температуры

Приборы для измерения температуры по плотности интеграль­ного излучения волн всех длин градуируются обычно на излучение абсолютно черного тела и показывают не действительную темпера­туру Тд, реального тела, а более низкую, так называемую радиа­ционную температуру Тр.

Радиационной  температурой  Тр  называют   температуру,    при которой плотность интегрального излучения абсолютно черного тела равна плотности интегрального излучения реального тела при температуре Тд. Зависимость плотности интегрального излучения от температуры имеет такое же изображение, как и на рис. 8.

Зная радиационную температуру Тр и суммарный коэффициент черноты, можно определить значение действительной темпера­туры ТД тела. По закону Стефана—Больцмана  плотность интегрального излучения

Таблица  9  Монохроматический коэффициент черноты излучения при Я,=0,65 мк

для абсолютно черного тела

 (21)

для реального тела

 (22)

Так как  Еч = ЕД,  то

 (23)

или

 (24)

Разность между действительной и радиационной   температу­рами (град]

 (25)

Разность между действительной и радиационной  температу­рами приведена в табл. 10.

Таблица  10

Разность температур   при различных значениях суммарного коэффициента черноты

При  разности температур t при радиационных измере­ниях получаются больше, чем при оптических (см. табл. 8). Так как чаще всего , то разности в радиационных измерениях получаются еще больше.

Значения суммарного коэффициента черноты  установлены с меньшей степенью точности, чем монохроматического . Кроме того, суммарный коэффициент  сущест­венно зависит от температуры (см. табл. 11).

Определение действительной температуры тела по радиацион­ной нельзя считать достаточно надежным методом из-за трудностей оценки  . Даже небольшие неточности в оценке  могут привести

Таблица   11

Суммарный коэффициент черноты излучения

к большим ошибкам в определении разности . Поэтому при систематических измерениях температур одного и того же тела в одинаковых условиях часто ограничиваются оценкой радиацион­ной температуры, не производя пересчетов ее на действительную.

 Цветовые измерения температуры

Существует несколько понятий цветовой температуры. Чаще всего под цветовой температурой тела понимают температуру Тц, при которой отношение А интенсивностей излучения абсолютно чер­ного тела для двух произвольно выбранных длин волн равно такому же отношению интенсивностей излучения реального тела для тех же длин волн при температуре ТД.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5