пирометры

ПИРОМЕТРЫ (от греч. pyr — огонь и metreo — измеряю)

оптич. приборы для измерения температуры гл. обр. непрозрачных тел по их излучению в оптич. диапазоне спектра (длины волн λ в видимой части 0,4–0,76, в невидимой > 0,76 мкм). Совокупность методов определения с помощью П. высоких температур наз. пирометрией (см. термометрия).

Квазимонохроматические (оптические) П. Действие этих переносных приборов основано на сравнении яркости моно-хроматич. излучения двух тел-тела, температуру которого измеряют, и эталонного. В качестве последнего обычно используют нить лампы накаливания с регулируемой яркостью излучения. Наиболее распространенный прибор данной группы-П. с "исчезающей" нитью (рис. 1). Внутри телескопич. трубки в фокусе линзы объектива находится питаемая от аккумулятора через реостат пирометрич. лампа с подковообразной нитью. Для получения монохроматич. света окуляр снабжен красным светофильтром, пропускающим лучи только определенной длины волны (λ 65–66 мкм). В объектив помещен серый поглощающий светофильтр, служащий для расширения пределов измерений.

При подготовке оптич. системы к измерению трубку наводят на раскаленное тело и передвигают объектив до получения четкого изображения тела и нити лампы. Включив источник тока, реостатом регулируют яркость нити до тех пор, пока ее средняя часть не сольется с освещенным телом. В момент выравнивания яркостей тела и нити, когда последняя становится неразличимой, прибор показывает т. наз. яркостную температуру тела (равна температуре абсолютно черного тела того же углового размера, что и излучающее тело, и дающего такой же поток излучения на данной длине волны). Эту температуру (T_я) отсчитывают по одной из шкал отградуированного в градусах милливольтметра: верхней-без серого светофильтра (для температур 800–1400 °C) и нижней со светофильтром (для температур св. 1300 °C). Погрешность до 1% от диапазона измерений. По известной Т_я истинную температуру тела определяют на основе законов теплового излучения (см. теплообмен).

Фотоэлектрические П. В приборах разл. типов чувствит. элементами служат фотоэлементы с внеш. фотоэффектом, в которых фототок пропорционален энергии излучения волн определенного участка спектра. В П. этого типа (рис. 2) изображение раскаленного тела (температуру которого измеряют) с помощью объектива и диафрагмы 2 создается в плоскости одного из отверстий диафрагмы 3, расположенной, наряду с красным светофильтром, перед фотоэлементом. Последний через др. отверстие этой диафрагмы освещается регулируемым источником света-электрич. лампой. Благодаря колебаниям заслонки вибрац. модулятора фотоэлемент поочередно с частотой 50 Гц освещается раскаленным телом и лампой. При неравенстве освещенностей от них в цепи фотоэлемента возникает фототок, усиливаемый электронным усилителем. Его выходной сигнал изменяет ток накала лампы до выравнивания указанных освещенностей. Сила тока, однозначно связанная с яркостной температурой тела, на сопротивлении R_вых преобразуется в напряжение, измеряемое автоматич. потенциометром, шкалы которого градуированы в градусах Т_я. Фотоэлектрич. П. выпускают одношкальными для измерения температур от 600 до 2000 °C или двушкальными (введен ослабляющий светофильтр) для определения более высоких температур; в первом случае погрешность не превышает 1%, во втором — 2,5% от диапазона измерений.

П. спектрального отношения (цветовые П.). В пром. приборах находится отношение т. наз. спектральной энергетич. яркости (излучение определенной длины волны, или яркости) реального тела с двумя заранее выбранными значениями длины волны. Для каждой температуры T это отношение неодинаково, но вполне однозначно. Действие большей части конструкций основано на определении цвета нагретого тела по отношению яркостей для не очень близких одна к другой двух длин волн в видимой части спектра.

Измеряемое излучение через защитное стекло и объектив попадает на фотоэлемент (рис. 3). Между ним и объективом установлен вращаемый синхронным двигателем обтюратор. Последний выполнен в виде диска с двумя отверстиями, закрытыми красным и синим светофильтрами. Таким образом, при вращении обтюратора на фотоэлемент попеременно попадают излучения разной интенсивности. Предварительно усиленный переменный ток, напряжение которого пропорционально соответствующим интенсивностям излучения, преобразуется электронным логарифмич. устройством в постоянный ток силой, зависящей от 1/Т. Сила выходного тока устройства определяется показывающим или регистрирующим милливольтметром. Пределы измерений 1400–2500 °C; погрешность не превышает 1% от верх. предела.

П. полного излучения (радиационные П.) служат для измерения температуры по мощности излучения нагретого тела (рис. 4). Испускаемые им лучи с помощью оптич. системы (рефракторной — преломляющей с линзой и диафрагмой или рефлекторной — отражающей с зеркалом) фокусируются на к.-л. преобразователе — обычно миниатюрной термоэлектрич. батарее. Для наводки на нагретое тело используют окуляр с красным либо дымчатым светофильтром. Возбуждаемая в батарее термоэдс фиксируется потенциометром, шкала которого градуирована в градусах по температуре излучения абсолютно черного тела. По измеренной радиац. температуре (900–2000 °C) истинную температуру раскаленного тела находят из спец. таблицы. Точное определение количества поступающей в П. лучистой энергии крайне затруднительно, т. к. между приемником излучения и окружающей средой происходит теплообмен. Несмотря на это, П. полного излучения широко распространены в производств. практике; они м. б. установлены стационарно, позволяют применять дистанц. передачу показаний, автоматически записывать и регулировать температуру.

По сравнению с др. устройствами для измерения температуры П. позволяют определять ее бесконтактно при теоретически неограниченном верх. пределе измерения; определять высокие температуры в газовых потоках при высоких скоростях и т. д. В промышленности П. широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технол. процессов.

^{Лит.: Кулаков M. В., Технологические измерения и приборы для химических производств, М., 1983, с. 91–96; Шкатов E. Ф., Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, М., 1986, с. 208–16; Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник, под ред. В. В. Черенкова, Л., 1987, с. 70–77.}

_{Е. Ф. Шкотов}