Цель работы: приобретение практических навыков измерения температуры бесконтактным способом.

Теоретическая часть

По мере возрастания температуры любого накаленного тела яркость его свечения увеличивается, а цвет изменяется. Последнее означает, что с изменением температуры процентное соотношение лучей различных длин волн, испускаемых накаленных телом и определяющих цвет излучения изменяется.

Если сравнивать различные удельные мощности излучения (мощности излучаемые единицей поверхности тела в единицу времени) в одних и тех монохроматических излучениях (т.е. одноцветных) лучах или (что тоже самое) в лучах одной и той же длины волны, то эти мощности будут зависеть от температуры накаленных тел.

Мощность излучения всех реальных физических тел по - разному отличается (в зависимости от различных длин волн) от мощности так называемого абсолютно черного тела (АЧТ), оставаясь всегда меньше последней. АЧТ представляет собой воображаемый идеальный излучатель, развивающий наибольшую принципиально возможную мощность излучения при данной температуре. Следовательно, оценивая температуру по монохроматической определится не действительная, а меньшая, так называемая яркостная температура (ЯТ).

Яркостная температура – условная температура реального тела, численно равная такой температуре черного тела, при которой их спектральные энергетические яркости равны.

От яркостной температуры можно перейти расчетным путем к действительной температуре, если известно отношение монохроматических яркостей реального тела и АЧТ для выбранного цвета излучения и нужного

интервала температуры, т. е. если известен коэффициент монохроматической излучательной способности (так называют указанное соотношение яркостей).

Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения температур (от 700 до 8000ºС), основанных на использовании зависимости между температурой и лучеиспускательной способностью для исследуемого тела. Измерение яркостной температуры излучения производится при помощи оптических пирометров. Наблюдатель в окуляр прибора видит нить лампы накаливания на фоне яркости излучающего тела, рассматриваемого через объектив. Для выделения узкой области спектра, видимой области (λ=0,65 мкм), пирометры снабжены красными светофильтрами (предназначенными для уменьшения яркости объекта при неизменном спектральном составе светового потока).

Доводя яркость нити, изменением тока накала пирометрической лампы, до совпадения с яркостью накаленного тела, можно утверждать, что их температуры сравнялись.

Момент достижения равенства монохроматических яркостей определяется чувствительным нулевым индикатором контрастности излучения светящихся тел - человеческим глазом.

Достижение равенства яркостей, называемой фотометрическим равновесием, воспринимается наблюдателем, как исчезновение нити лампы на фоне изображения тела. По достижении фотометрического равновесия отсчитывается яркостная температура объекта измерения по шкале магнитоэлектрического прибора, встроенного в пирометр.

Оптический пирометр ЛОП-72 построен по классической схеме монохроматического пирометра с исчезающей нитью накала и предназначен для проведения поверок и точного измерения яркостных температур

нагретых тел.

Диапазон измеряемых температур от 1173 до 6273 К (от 900 до 6000 ºС). Работа пирометра основана на измерении квазимонохроматической ярко­сти излучения нагретого объекта путем уравнивания ее с яркостью эталона.

В качестве эталона яркости в пирометре оптическом ЛОП - 72 использу­ется пирометрическая лампа, для которой дана зависимость температуры нити от тока, протекающего по ней.

Изображение источника излучения, температуру которого хотят измерить, с помощью объектива проецируется в плоскости нити пирометрической лампы. Наблюдатель, смотрящий в окулярный микроскоп, видит нить пиромет­рической лампы на фоне изображения источника излучения. Изменяя силу тока в пирометрической лампе, уравнивают яркость нити лампы с яркостью изме­ряемого объекта.

Общий вид пирометра показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – Общий вид пирометра

Он представляет собой теле­скоп, состоящий из объектива - 6 и окулярного микроскопа - 4. В верхней части оптической системы (ОС) помещены: пирометрическая лампа (ПЛ) - 8; сектор со светофильтрами - 9, поворотный механизм его обес­печивает введение фильтров в поле зрения окуляра микроскопа с помощью ручки - 16; сектор с поглощающими стеклами (ПС) - 7, поворотный механизм его обеспечивает введение стекол с помощью ручки - 14; реостат с грубой и точной регулировкой тока - 11 и 10. Поворотом ручки - 15 ОС перемещается в вертикальном направлении, а ручкой - 18 фиксируется в выбранном положении.

При необходимости наклона пирометра следует ослабить ручку - 17. Получение четкого изображения объекта измерения (ОИ) достигается вращением наружного кольца - 6. Перемещение окуляра микроскопа обеспечи­вает четкую видимость нити ПЛ.

Рисунок 2 – Градуировочный график оптического пирометра ЛОП – 72

Юстировочное устройство позволяет поворачивать и наклонять лампу в любом направлении (детали 12, 20, 21).

Таблица 1 - Пределы допускаемых значений систематической погрешности

Температура, °С	∆сист , °С	∆случ, °С	Температура, °С	∆сист , °С	∆случ, °С
900	3,0	4,5	1500	4,5	3,0
1000	3,5	3,0	1600	5,0	3,5
1100	3,5	2,0	1700	5,0	3,0
1200	4,0	2,5	1800	5,5	3,5
1300	4,0	2,5	1900	5,5	4,0
1400	4,5	3,0	2000	6,0	4,5

Радиационный пирометр CENTER 350 позволяет измерять температуру поверхности объекта без непосредственного контакта с объектом измерения. Он оснащен лазерным целеуказателем, облегчающим точное прицеливание на удаленный объект измерения.

Оптика пирометра пропускает и фокусирует на детекторе инфракрасное излучение. Электронная схема прибора преобразует оптический сигнал от де­тектора в электрический, обрабатывает его и выдает информацию на дисплей. Лазерная указка служит только для нацеливания на объект измерения. С увели­чением расстояния до объекта увеличивается и размер пятна измеряемой об­ласти. Зависимость расстояния от размера цели обычно выражается отноше­нием расстояния к пятну измерения и составляет 8:1. Например, на расстоя­нии 8 метров, диаметр пятна измерения составит 1 метр. Пирометр будет по­казывать среднюю температуру площади мишени.

Общий вид пирометра показан на рисунке 3.

1 – лазерный целеуказатель, 2 – инфракрасный сенсор, 3 – кнопка Lazer ON/OFF, 4 – переключатель единиц измерения (ºC/ºF), 5 – курок, 6 – крышка батарейного отсека, 7 – ЖК дисплей

Рисунок 3 – Общий вид пирометра CENTER 350

Пирометр CENTER 350 не может производить измерения сквозь прозрачные поверхности, такие как стекло или пластик. В этом случае будет из­мерена температура поверхности этих материалов.

Большинство органических материалов и окрашенных или окисленных поверхностей имеют коэффициент излучения 0,98 (установлен в приборе). При этом значении результат измерения температуры блестящих и металлических поверхностей может быть ошибочным.

На точность измерений влияют пар, пыль, дым или другие частицы, создавая помехи оптическим элемента прибора.

Вид ЖК – дисплея представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Общий вид ЖК – дисплея пирометра CENTER 350

Технические характеристики пирометра CENTER 350 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические характеристики пирометра CENTER 350

Диапазон измерений	-20...500 °С (-4...932 °F)
Абсолютная погрешность	±2 °С (±3 °F)
Оптическое разрешение	8:1
Время отклика	500 мс
Спектральный диапазон	7...18 мкм
Коэффициент излучения	0,98
Условия окружающей среды	Температура: 0...+ 40 °С Влажность: 10... 90%