4. Применение пирометров.

Теплоэнергетика – для быстрого и точного контроля температуры на участках, не доступных или мало доступных для другого вида измерения.

Электроэнергетика – контроль и пожарная безопасность, эксплуатация объектов (железнодорожный транспорт – контроль температуры букс и ответственных узлов грузовых и пассажирских вагонов).

Лабораторные исследования – при проведении исследований активных веществ в активных средах, а также в тех случаях, при которых контактный метод нарушает чистоту эксперимента (например, тело настолько мало, что при измерении контактным методом потеряет существенную часть теплоты, или просто слишком хрупкое для такого типа измерения). Применяется в космонавтике (контроль, опыты)

Строительство – пирометры применяют для определения теплопотерь в зданиях жилого и промышленного назначения, на теплотрассах, для эффективного нахождения прорывов теплоизоляционной оболочки.

5. Принцип действия пирометров.

Тело, температуру которого определяют при помощи пирометра, должно находиться в тепловом равновесии и обладать коэффициентом поглощения, близким к единице. Распространены яркостные, цветовые и радиационные пирометры. Основным типом является яркостной, обеспечивающий наибольшую точность измерений температуры в диапазоне 103-104 К. В простейшем визуальном яркостном пирометре с исчезающей нитью объектив фокусирует изображение исследуемого тела на плоскость, в которой расположена нить (ленточка) эталонной лампы накаливания. Через окуляр и красный фильтр, позволяющий выделять узкую спектральную область, около длины волны λэ = 0,65 мкм нить рассматривают на фоне изображения тела и, изменяя ток накала нити, добиваются выравнивания яркостей нити и тела (нить в этот момент становится неразличимой). Шкала прибора, регистрирующего ток накала, прокалибрована обычно в градусах Цельсия или Кельвина, и в момент выравнивания яркостей прибор показывает так называемую яркостную температуру (T_я) тела. Яркостная температура – это температура черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела, т.е. . Истинная температура тела (Т) определяется на основе законов теплового излучения Кирхгофа и Планка:

. (15.1)

Зная поглощательную способность тела при той же эффективной длине волны λэ, по яркостной температуре можно определить истинную:

. (15.2)

То, насколько точным будет измерение, зависит от объекта измерения и окружающей среды.

6. Преимущества технологии измерения с помощью пирометров.

1. Технология инфракрасного измерения обеспечивает легкую регистрацию температурных данных даже при быстрых и динамичных процессах. К тому же бесспорным преимуществом технологии является малое время реакции сенсоров и систем.

2. Системы снабжены надежными современными сенсорами и улучшенной электроникой микропроцессоров.

3. Благодаря отсутствию обратной связи, т.е. влияния на объект измерения, измерения могут проводиться на чувствительных поверхностях и стерильных продуктах, так же как и на опасных участках объектов или в труднодоступных местах.

4. Еще одним из немаловажных аспектов этого, в дополнение к техническим преимуществам, является доступность и ценовая политика, направленная на потребителя, благодаря оптимизации производства, специализирующегося на изготовлении большого количества приборов.

7. Ход работы.

Задание 1. Калибровка пирометра.

Нагреть печь до значения ε_т=30 мВ, где ε_т (термоЭДС) – показания мультиметра, подсоединенного к термопаре печи.

Навести объектив зрительной трубы так, чтобы нагретое отверстие в дверце печи совпадало с плоскостью нити накала лампочки пирометра. Сила тока нити накала изменяется в диапазоне от 35 до 55 мА. Заданные значения выставляются на источнике постоянного напряжения.

Сила тока нити изменяется с шагом 1 мА. На пирометре нажимается черная кнопка и снимаются те показания термоЭДС, при которых нить исчезает, т.е. полностью сливается с изображением разогретой печи. Таким образом, добиваемся выравнивания яркостей нити и тела.

Полученные значения термоЭДС заносятся в табл. 15.1.

Таблица 15.1

Ток нити пирометра, мА	εт (термоЭДС), мВ	Температура печи, ºС
35
36
37
…
55

Температура печи определяется по табл. 15.2. К табличным значениям прибавляется величина температуры окружающей среды. Результат записывается в 3-й столбец табл. 15.1.

Таблица 15.2.

Т, ºС	ТермоЭДС, мВ, для температуры, ºС
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
750	31,21	31,26	31,30	31,34	31,38	31,42	31,46	31,50	31,55	31,59
760	31,63	31,67	31,71	31,75	31,79	31,84	31,88	31,92	31,96	32,00
770	32,04	32,08	32,12	32,17	32,21	32,25	32,29	32,33	32,37	32,41
780	32,46	32,50	32,54	32,58	32,62	32,66	32,70	32,74	32,78	32,82
790	32,87	32,91	32,95	32,99	33,03	33,07	33,11	33,15	33,20	33,24
800	33,28	33,32	33,36	33,40	33,44	33,48	33,52	33,56	33,60	33,64
810	33,69	33,73	33,77	33,81	33,85	33,89	33,93	33,97	34,01	34,05
820	34,10	34,14	34,18	34,22	34,26	34,30	34,34	34,38	34,42	34,46
830	34,50	34,54	34,58	34,62	34,66	34,70	34,75	34,79	34,83	34,87
840	34,91	34,95	34,99	35,03	35,07	35,11	35,15	35,19	35,23	35,27
850	35,31	35,35	35,39	35,44	35,48	35,52	35,56	35,60	35,64	35,68
860	35,72	35,76	35,80	35,84	35,88	35,92	35,96	36,00	36,04	36,08
870	36,12	36,16	36,20	36,24	36,28	36,32	36,36	36,40	36,44	36,48
880	36,52	36,56	36,60	36,64	36,68	36,72	36,76	36,80	36,84	36,88
890	36,92	36,96	37,00	37,04	37,08	37,12	37,16	37,20	37,24	37,28
900	37,32	32,36	37,40	37,44	37,48	37,52	37,56	37,60	37,64	37,68
910	37,72	37,76	37,80	37,84	37,88	37,92	37,96	38,00	38,04	38,08
920	38,12	38,16	38,20	38,24	38,28	38,32	38,36	38,40	38,44	38,48
930	38,52	38,56	38,60	38,64	38,68	38,72	38,76	38,80	38,84	38,88
940	38,92	38,95	38,99	39,03	39,07	39,11	39,15	39,19	39,23	39,27
950	39,31	39,35	39,39	39,43	39,47	39,51	39,55	39,58	39,62	39,66
960	39,70	39,74	39,78	39,82	39,86	39,90	39,94	39,98	40,02	40,06
970	40,10	40,14	40,18	40,21	40,25	40,29	40,33	40,37	40,41	40,45
980	40,49	40,53	40,57	40,60	40,64	40,68	40,72	40,76	40,80	40,84
990	40,88	40,92	40,96	41,00	41,04	41,07	41,11	41,15	41,19	41,23
1000	41,27	41,31	41,35	41,38	41,42	41,46	41,50	41,54	41,58	41,62

По результатам табл. 15.1 строится калибровочный график пирометра: зависимость температуры абсолютно черного тела (печи) от тока нити пирометра.

Задание 2. Определение мощности теплового источника света.

Выставляя заданные значения силы тока лампы накаливания, добиваются выравнивания яркостей нити лампы и нити пирометра. Результаты записываются в табл. 15.3.

Таблица 15.3

I, А Ток лампы	U, В Напряжение лампы	Р, Вт Мощность лампы	I, А Ток нити пирометра	Т, ºС Температура лампы

Если на измерительных приборах установлен делитель напряжения, то показываемые цифровые значения необходимо умножать на величину данного коэффициента (обычно к = 2).

Мощность рассчитывается по формуле P=UI.

Температура лампы определяется по калибровочному графику, построенному в 1-м задании. Затем строится график зависимости температуры нити лампы от ее мощности излучения.