Лабораторный практикум

по курсам

«Технические измерения и приборы»

«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»

Лабораторная работа № 3

Бесконтактное измерение температуры нагретых тел методоами оптической пирометрии

1. Общие положения

Цель работы: Изучение методов бесконтактного определения температуры нагретых тел по их собственному тепловому излучению методами оптической пирометрии.

Задачи работы.

Практическое ознакомление с принципами и основными методами бесконтактного измерения температуры.

Приобретение опыта работы с пирометрическим оборудованием и пирометрическими измерениями.

Методические указания.

Основные принципы и методы оптической пирометрии и работа оптических пирометров рассматривалась в курсах «Технические измерения и приборы», «Методы и средства измерений, испытаний и контроля». Перечень литературы по теме работы представлен в заключении настоящего описания.

Место выполнения работ

Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется в лаборатории лазерных и оптических технологий.

Оборудование

Аппаратно-программный комплекс пирометрических измерений.

Техника безопасности

1. При работе с аппаратным комплексом следует соблюдать технику безопасности работы с электрическим оборудованием и компьютером.

2. Категорически запрещается касаться неизолированных токоведущих проводников и клейм цепи питания лампы при включенном оборудовании.

3. Запрещается устанавливать ток лампы более 20 А.

Принципы бесконтактного измерения температуры

В соответствии с законами физики колебательное движение электрических зарядов или заряженных частиц вызывает появление в окружающем пространстве пере­менного электромагнитного поля, т.е. электромагнитных волн. В материаль­ных телах такими заряженными частицами являются ионы кристаллической решетки, связанные и свободные электроны, а также элементарные диполи, образуемые молекулами жидкостей, газов и аморфных тел. Согласно моле­кулярно-кинетической теории все эти частицы находятся в непрерывном хао­тическом тепловом движении, скорость которого определяется средней энер­гией этих частиц, т.е. их температурой. Следовательно, любое физическое тело, находящееся при температуре отличной от абсолютного нуля, должно излучать окружающее пространство широкий спектр электромагнитных волн.

• Тепловым излучением. называют электромагнитное излуче­ние, возбуждаемое тепловым движением заряженных частиц в твердых телах, жидкостях, газах или плазме,

Нагретые тела излучают во всех диапазонах электромагнитных волн – ра­диочастотном, микроволновом, оптическом, рентгеновском. В диапазоне наиболее интересных с практической точки зрения температур, т.е. от темпе­ратуры кипения жидкого кислорода (100 К) до температуры солнечной по­верхности (10000 К), подавляющая часть энергии теплового излучения со­держится в оптическом диапазоне длин волн. Поэтому именно эта часть энергетического спектра электромагнитных волн используется в тепловых измерениях.

• Оптический диапазон электромагнитных волн - электромагнит­ное излучение с длинами волн от 1 нм до 1 мм.

Тепловое излучение нагретого тела несет в себе информацию о темпера­туре этого тела. Следовательно, связь между энергетическими и спектраль­ными характеристиками теплового излучения, с одной стороны, и темпера­турой нагретого тела, с другой, может лежать в основе методов измерения температуры.

• Оптическая пирометрия – комплекс методов измерения темпе­ратуры нагретых тел по их собственному тепловому из­лучению в оптическом диапазоне длин волн

Основным достоинством оптической пирометрии является возмож­ность дистанционного измерения температуры без непосредственного кон­такта измерительного прибора с объектом, т.е. практически без нарушения его естественного теплового состояния.

Бесконтактные методы измерения температуры базируются на связи между температурой тела и мощностью их собственного теплового электромагнитного излучения. Для идеального теплового излучателя, т.е. абсолютно чёрного тела (АЧТ) эта связь описывается формулой Планка:

_. (1)

где М₀(,Т) – мощность электромагнитного излучения, испускаемого абсолютно черным телом находящемся при температуре Т в бесконечно малом интервале длин волн d ,

С₁ и С₂ – пирометрические константы,

где с₀ – скорость света, h – постоянная Планка;

где k – постоянная Больцмана,  – длина волны, Т – температура объекта;

Закон Стефана-Больцмана. Если провести интегрирование спектральной плотности мощности, определяемой формулой Планка, по всему диапазону длин волн от  = 0 до = , то получим выражение для полной плотности мощности теплового излучения абсолютно черного тела, находящегося при температуре Т - закон Стефана-Больцмана:

, Вт/м²

где =5,6703210^-8 Вт/(м²К) – постоянная Стефана-Больцмана

Формула (10) определяет потери энергии нагретым телом за счет собственного теплового излучения. Согласно мощность теплового излучения с 1 м² поверхности АЧТ составляет примерно 0,5 кВт при комнатных температурах (300 ⁰С) и 160 кВт при температуре 1000 ⁰С.

Формула Вина. При малых длинах волн  << _max в уравнениях в знаменателе формулы Планка можно пренебречь единицей по сравнению с экспонентой, exp(C₂/Т)>>1. Тогда формула Планка переходит в уравнение, которое выражает формулу Вина, которая описывает спектральное распределение плотности мощности теплового излучения в коротковолновой области:

Если выполняется условие Т <3000 мкмК, то погрешность, которую дает применение формулы Вина вместо формулы Планка, будет менее 1%. Погрешность, связанная с такой заменой, естественно, будет увеличиваться с повышением температуры и длины волны. В видимом диапазоне длин волн при температурах ниже 1000 К погрешностью, которую дает применение этого уравнения вместо формулы Планка, обычно можно пренебречь. Применение формулы Вина значительно упрощает все вычисления, поэтому, когда это возможно, все расчеты в пирометрии ведут в «виновском приближении»

Из формулы Планка и вытекающих из него закона Вина и закона Стефана-Больцмана следует, что измерив мощность теплового излучения на известной длине волны можно вычислить температуру нагретого тела. Это положение является основой метода измерения температуры нагретых тел по их собственному тепловому излучению – оптической пирометрии.

Однако, характеристики теплового излучения реальных тел могут существенно отличаться от характеристик излучения АЧТ. Это различие связано как с особенностями физического строения, химического и фазового состава различных веществ, так и с текущим состоянием их поверхности, которое определяется степенью шероховатости, способом обработки и хранения, наличием окислов или других соединений, абсорбированных на поверхности соединений, угла, под которым ведется измерение и многими другими факторами.

Связь характеристик излучения реальных тел с характеристиками излучения абсолютно чёрного тела определяется законом излучения Кирхгофа, который устанавливает связь между коэффициентами поглощения (,Т) и коэффициентом излучения (,Т) нагретого тела. Коэффициент излучения тела (,Т) часто также называют излучательной способностью или степенью черноты поверхности тела.

Согласно закону Кирхгофа в условиях теплового равновесия коэффициент поглощения равен коэффициенту излучения:

Отсюда следует, что поскольку поглощательная способность АЧТ равна 1, (,Т) =1, то для реальных тел, отличных от АЧТ, значения поглощательной и, соответственно излучательной способности, всегда будут меньше единицы (,Т), (,Т)<1.

Другое следствие из закона Кирхгофа и самого определения поглощательной способности позволяет выразить мощность теплового излучения нагретого реального тела М(,Т) на длине волны через величину его излучательной способности и мощность излучения АЧТ М₀(,Т) на той же длине волны и находящегося при температуре, равной температуре реального тела:

Таким образом, для определения температуры реального нагретого тела по его собственному тепловому излучению требуется дополнительно знание величины излучательной способности его поверхности. Поскольку она зависит от множества трудно учитываемых факторов, то ее значения могут быть известны только со сравнительно небольшой точностью. Даже в лабораторных условиях эту величину в большинстве случаев можно определить только с достаточно большой погрешностью (относительная погрешность (.Т)/(,Т) ~1 - 5% считается очень хорошей). Кроме того, на практике значение (,Т) часто могут изменяться во времени, например в процессе окисления горячего металла при его продвижении по прокатному стану.

Определение зависимости коэффициента излучения от длины волны и температуры проводится экспериментально и сопряжено со значительными трудностями, поэтому на данный момент исследованы только некоторые, важные для пирометрии материалы, например, вольфрам. Для других материалов чаще всего исследуются зависимости коэффициента излучения только от температуры во всем диапазоне длин волн (интегральная излучательная способность) или на одной длине волны (монохроматическая излучательная способность).

На рис. 1 приведен пример зависимости коэффициентов излучения двух марок стали от температуры для различных условий. Как видно из рисунка, коэффициенты излучения сильно зависят от качества обработки поверхности: у полированной стали (график 4) коэффициент излучения изменяется в пределах от 0,1 до 0,2, а с увеличением шероховатости увеличивается свыше 0,6.

Рисунок 1. Излучательные характеристики нержавеющей стали типа Х28 и стали 2Х13 [2]

Нормальная интегральная излучательная способность:

1 – Х28, поверхность со средней высотой микронеровностей r=0,05 мкм;

2 – Х28, r = 0,4 мкм.

Монохроматическая излучательная способность на длине волны λ=650 нм:

3 – Х28, r = 0,05 мкм;

Нормальная интегральная излучательная способность:

4 – 2Х13, поверхность полирована;

5 – 2Х13, r = 5,92 мкм; 6 – 2Х13, r = 6,25мкм; 7 – 2Х13, r = 11,1 мкм.

Таким образом проблема корректного определения и учета значения излучательной способности является главной проблемой практической пирометрии.

Принцип действия пирометра.

Оптоэлектронный прибор, с помощью которого осуществляется дистанционное бесконтактное измерение температуры нагретых тел по из собственному тепловому излучению называется оптическим пирометром или просто пирометром..

В зависимости от используемого принципа и метода измерения пирометр может иметь самую различную конструкцию. На рис. 1. приведена обобщенная схема устройства пирометра.

Рисунок 2. Устройство яркостного пирометра.

Тепловое излучение от объекта собирается оптической системой (объективом, линзой, оптоволоконным световодом) и через оптический светофильтр (или систему светофильтров), который выделяет из всего спектра теплового излучения один или несколько спектральных диапазонов (пирометрические длины волн). Излучение в выбранном спектральном диапазоне фокусируется на фотоприемник (или нескольких фотоприемниках по числу спектральных диапазонов), который преобразует тепловое излучение объекта в электрический сигнал. Этот сигнал обычно называют пирометрическим сигналом, поскольку именно в результате его последующей обработки определяется численная величина температуры нагретого тела.

Величина пирометрического сигнала определяется мощностью теплового излучения и свойствами поверхности объекта, оптическими характеристиками окружающей среды, параметрами самого пирометра:

где:

• интегрирование ведется по интервалу длин волн от -/2 до +/2, величина интервала  определяется конструкцией пирометра.

• U_N(T) – величина пирометрического сигнала, а N – индекс, показывающий сколько и какого типа спектральных каналов используется в пирометре;

• Т – температура нагретого тела (объекта измерений);

• G – коэффициент, характеризующий долю испускаемого нагретым телом теплового излучения, которая попадает в объектив пирометра. Величина этой доли, т.е. значения коэффициента G, может изменяться при изменении расстояния между пирометром и объектом.

• () – аппаратная функция пирометра, показывающая зависимость спектрально-энергетических характеристик пирометра (спектральной чувствительности) от длины волны излучения;

• (,Т) – излучательная способность поверхности объекта, которая является функцией температуры и длины волны;

• (,Т) – коэффициента пропускания среды между нагретым телом и пирометром, который тоже есть функция длины волны излучения. В дальнейшем будем полагать, что поглощение в среде мало и может быть учтено соответствующей корректировкой величины (,Т);

• М₀(,Т) –.спектральная плотность мощности излучения АЧТ, которое находится при температуре, равной температуре объекта.

Для того, чтобы вычислить температуру по величине пирометрического сигнала необходимо решить интегральное уравнение. Такое решение чрезвычайно сложно с математической точки зрения и будет содержать большую погрешность даже при точно известных значениях оптических характеристик объекта и пирометра. Поэтому на практике обычно используют некоторые приближенное способы решения , из которых наиболее часто используют следующие:

1. Если оптическая система пирометра вырезает из всего спектра теплового излучения очень узкие диапазоны длин волн,  0, то такие пирометры называют монохроматическими. В этом случае можно не учитывать спектральную зависимость коэффициентов и считать их постоянными. Тогда для выбранного спектрального диапазона (спектральной компоненты теплового излучения) уравнение в приближении Вина можно преобразовать к виду:

где К(_N) = К_N - полное значение аппаратной функции пирометра (спектральной чувствительности) на выбранной пирометрической длине волны.

_{(N,Т) = N(T) – значение излучательной способности на данной пирометрической длине волны – монохроматическая излучательная способность}

2. В противоположном предельном случае – спектральная селекция теплового излучения отсутствует и приемник излучения пирометра воспринимает все тепловое излучение объекта, оптический пирометр называют энергетическим (или пирометром полного излучения). Тогда с учетом закона Стефана-Больцмана можно представить следующим образом:

где К_ - интегральная энергетическая чувствительность пиромтера

_(Т) – величина излучательной спсобности, усредненная по всему спектру теплового излучения – интегральная излучательная способность .

В общем случае пирометр не является монохроматическим, светофильтры его оптической системы выделяют из теплового излучения достаточно широкую область спектра, 10-20 нм и более. Тогда, если учесть, что во многих практически важных случаях значение излучательной способности в интервале  изменяется сравнительно мало, то согласно теореме о среднем, (известной из математического анализа, выражение ( ) может быть приведено к виду:

где _eff – называется эффективной длиной волны оптического пирометра и лежит в интервале длин волн от - до <+.

Величина интеграла в правой части ( ) есть передаточная функция оптического пирометра (аппаратная функция), которая определяется только техническими характеристиками самого пирометра и не зависит от параметров объекта и является постоянной величиной K_N для данного измерительного канала пирометра. Поэтому в области, где справедливо приближение Вина, связь величины пирометрического сигнала с величиной температуры будет выражаться формулой:

Таким образом, мы получили общее выражение, связывающее величину пирометрического сигнала с характеристиками теплового излучения объекта и аппаратной функцией пирометра, и три наиболее практически значимых частных решения. Но во всех случаях для нахождения температуры нам необходимо знание аппаратной функции (передаточной функции, спектральной чувствительности) пирометра.

Аппаратная функция оптического пирометра определяется в процессе его калибровки. Калибровка пирометра осуществляется путем измерения зависимости пирометрических сигналов от температуры эталонного теплового излучателя, то есть объекта, излучательные характеристики которого точно известны. Таким излучателем может служить модель АЧТ в виде длинного полого цилиндра (или конуса), нагреваемого электрическим током до температуры порядка 2000 С или помещенная в вакуум полированная пластина, изготовленная из вольфрама, излучательная способность которого хорошо известна. В последнем случае в процессе калибровки все равно происходит пересчет полученных значений характеристики теплового излучения в характеристики АЧТ.

В результате калибровки для каждого из каналов пирометра получается калибровочная таблица, содержащая дискретный ряд (обычно 5-10) значений температуры АЧТ и соответствующих ей значений пирометрических сигналов. Используя различные виды аппроксимации (линейную, экспоненциальную, степенную и др.) на основе этой таблицы может быть построена непрерывная функция, описывающая зависимость пирометрического сигнала U_N от температуры T эталонного излучателя (АЧТ), U_N =f(T).

В простейшем случае этой таблицы полученной аппроксимационной формулы достаточно для того, чтобы определить некую условную температуру нагретого тела. Например, для градуировки шкалы аналогового пирометра или записи в память микропроцессорного прибора. Такой способ будет неплохо работать в случаях, описываемых формулами ( ) и ( ). Однако, если пирометр не может рассматриваться как монохроматический или энергетический, то простое использование калибровочной таблицы не позволяет корректно учесть значение излучательной способности реальных тел.

Решить эту задачу позволяет дальнейший анализ полученной при калибровке функции U_N=f(T), итогом которого являются значения коэффициентов передачи пирометра K_N по каждому из его каналов и температурная зависимость их эффективных длин волн _eff.=f(T). В результате мы имеем возможность по уровню пирометрического сигнала рассчитать соответствующую мощность излучения реального нагретого тела:

МЕТОДЫ ОПТИЧЕСКОЙ ПИРОМЕТРИИ

Все пирометры калибруются (градуируются) по модели абсолютно черного тела (АЧТ) – модели идеального излучателя с коэффициентом излучения равным единице. Так как излучательные свойства тел различны и не существует пока методов их достоверного определения и точного учета величины излучетельной способности, то для сравнения показаний различных пирометров принято использовать условные температуры, называемые пирометрическими температурами.

• Пирометрической температурой называется температура абсолютно черного тела, которое имеет такие же спектральные и энергетические характеристики теплового излучения в заданном интервале длин волн, что и тепловое излучение реального тела, регистрируемое пирометром в этом же интервале длин волн.

Согласно этому определению и в соответствии с законом Кирхгофа связь между условными и истинными температурами находится из следующего выражения:

Поскольку излучательная способность реальных тел всегда меньше единицы, то из этого определения следует, что условная пирометрическая температура Т_п всегда будет отличаться от действительной (истинной) температуры реального тела Т₀. Определение величины отличия измеренной условной температуры от ее действительного значения, т.е. разности Т=Т_п-Т₀, есть основная проблема оптической пирометрии.

В классических методах оптической пирометрии температуру поверхности объекта определяется по следующим характеристикам теплового излучения:

• интегральному потоку мощности теплового излучения во всем диапазоне длин волн (пирометр полного излучения),

• интенсивности в некотором ограниченном диапазоне длин волн (пирометр частичного излучения),

• интенсивности излучения на определенной длине волны (квазимонохроматический или яркостный пирометр),

• отношению интенсивностей в двух или более спектральных интервалах (пирометр спектрального отношения или цветовой пирометр).

В соответствии с этой классификацией определяют и различные условные температуры (полного излучения, частичного излучения, яркостная, спектрального отношения).

Яркостная температура.

Яркостная температура, точнее яркостная монохроматическая температура, определяется по мощности теплового излучения в очень узком спектральном диапазоне длин волн /<0,01-0,005.

• Яркостной температурой Т_S называют температуру абсолютно черного тела, при которой в данном бесконечно узком диапазоне длин волн плотность мощности его теплового излучения М₀(,Т_S) равна плотности мощности излучения реального объекта М(,Т) при его истинной температуре Т.

• На практике принято измерять и указываться величину яркостной температуры на стандартной длине волны 0,65 мкм.

Термин «яркостный» появился исторически в силу того, что визуально глаз воспринимает не собственно плотность мощность излучения, а плотность мощности, распространяющуюся в определенном телесном угле под определенным углом к поверхности, т.е. именно яркость объекта.

Из определения яркостной температуры следует, что если излучательная способность поверхности объекта зависит от длины волны, то яркостная температура будет различной для разных длин волн. Если измерить плотность мощности излучения теплового излучения М(,Т), на длине волны , то в приближении Вина для яркостной и истинной температур получим:

Отсюда следует, что яркостная и истинная температуры связаны соотношением:

Поскольку (,Т) <1, то величина А отрицательная, A<0, и, следовательно, яркостная температура всегда меньше истинной.

Разность между истинной и яркостной температурами возрастает с уменьшением излучательной способности объекта и увеличением пирометрической длины волны. При высоких температурах и малой величине (,Т) это отличие может быть весьма значительным, достигая десятков и сотен градусов.

Величина относительной погрешности измерения температуры, выраженная через относительные погрешности измерения величины пирометрического сигнала и излучательной способности определяется выражением:

Температура спектрального отношения.

Температура спектрального отношения определяется по отношению плотности мощности теплового излучения в двух узких спектральных диапазонах, аналогично измерению яркостной температуры.

• Температурой спектрального отношения Т_R называют температуру абсолютно черного тела, при которой отношение значений плотности мощности теплового излучения, измеренных в двух узких спектральных диапазонах М₀(₁,Т_R)/ М₀(₂,Т_R) равно отношению этих же величин для реального объекта М(₁,Т)/ М(₂,Т) при его действительной температуре Т.

Температуру спектрального отношения иногда называют «цветовой температурой», поскольку цвет любого объекта, воспринимаемый глазом, определяется соотношением интенсивностей излучения в различных участках спектра.

Логарифм отношения значений плотности мощности теплового излучения, определенной на двух узких спектральных промежутках, может быть выражен через истинную температуру и температуру спектрального отношения как:

где Т_R и Т – соответственно температура спектрального отношения и истинная температура объекта, (₁,Т) (₂,Т) – излучательные способности на двух длинах волн (обычно принимается, что ₂ > ₁), =₂ ₁/(₂ - ₁) и имеет смысл эквивалентной длины волны пирометра.

Из этих соотношений следует, что температура спектрального отношения Т_R связана с истинной температурой объекта Т выражением:

Величина поправки к температуре спектрального отношения растет с увеличением температуры, эквивалентной длины волны пирометра и различием в величинах излучательной способности. В видимой и ближней ИК-области спектра зависимость () для большинства металлов имеет падающий характер, (₁,Т)> (₂,,Т), и соответственно величина температуры спектрального отношения обычно больше истинной

Существенно, что для серых излучателей, т.е. (₁Т) = (₂Т), температура спектрального отношения совпадает с истинной температурой объекта. Однако, для «несерых» тел, при высоких температурах различие между Т_R и Т может составлять быть весьма значительным даже для значений ₁/₂ достаточно близких к единице.

Относительная погрешность измерения температуры, выраженная через относительные погрешности измерения величины пирометрического сигнала и излучательной способности, равна:

где _эфф = ₁₂/(₂ - ₁) – эквивалентная длина волны пирометра спектрального отношения. Таким образом, чем больше разность между используемыми в пирометре длинами волн, тем меньше погрешность определения температуры

Температура полного излучения.

В соответствии с законом Стефана-Больцмана температуру нагретого тела можно определить по мощности его теплового излучения проинтегрированной по всему оптическому диапазону длин волн, т.е. полной мощности излучения. Полученное таким образом значение температуры нагретого тела называют температурой полного излучения, а также радиационной температурой, энергетической температурой.

• Температура полного излучения Т_Е есть температура АЧТ, при которой полная (интегральная) плотность мощности его теплового излучения М₀(Т_Е) равна интегральной плотности мощности излучения реального объекта М(Т) при его действительной температуре Т.

Из этого определения и закона Стефана-Больцмана следует что:

где М(Т) – полная мощности излучения реального объекта при его действительной температуре. Тогда величина температуры полного излучения равна:

При этом истинная температура нагретого тела связана с температурой полного излучения и его излучательной способностью соотношением:

Поскольку излучательная способность реального тела всегда меньше единицы, _ <1, то температура полного излучения всегда будет меньше истинной. При низких температурах и величине излучательной способности близкой к единице, что характерно для большинства диэлектриков в инфракрасном диапазоне, разность между истинной температурой и температурой полного излучения не велика. Но она может быть весьма значительной при малых _ , как, например, для чистых металлов (_ =0,1-0,4) при высокой температуре.

Температура частичного излучения.

В пирометре частичного излучения используется только некоторая часть спектра теплового излучения. В этом случае величина пирометрического сигнала описывается степенной функцией вида U=(,T)Т ^m, с показателем степени m>4, что увеличивает чувствительность пирометра. Увеличение чувствительности тем больше, чем сильней ограничена полоса спектрального пропускания с длинноволновой стороны.

В реальном пирометре используемая полоса спектра всегда ограничена характеристиками пропускания оптических материалов и областью чувствительности приемника. Поэтому пирометр полного излучения является некоторой физической абстракцией и фактически мы имеем дело именно с пирометрами частичного излучения.

Описание лабораторной установки

Структурная схема лабораторного стенда представлена на рис. 2.

Рисунок 3. Схема пирометрического комплекса

Пирометрический комплекс имеет в своем составе модель сильно нагретого тела с температурой 800-2000 С и тепловой объект измерения и пирометр.

Объектом измерения служит пирометрическая лампа. Температура лампы зависит от её тока, который задается при помощи регулируемого блока питания. Для контроля тока лампы в цепи её питания содержится токоизмерительный шунт (R).

Пирометр состоит из объектива, оптоволоконного кабеля, четырехканального оптоэлектронного пирометрического блока (ОЭБ), платы сбора данных (АЦП), встроенной в персональный компьютер (ПК).

Принцип действия

Пирометрическая лампа является физической моделью нагретого тела. Источником теплового излучения является вольфрамовая пластинка лампы. Излучательные свойства полированного вольфрама хорошо исследованы (см. приложение 1), что позволяет при измерении температуры с высокой точностью вводить поправку на величину коэффициента излучения.

Регулируемый источник питания обеспечивает нагрев лампы до необходимой температуры. Температура лампы контролируется по её току программой комплекса (зависимость температуры лампы от тока известна и загружена в программу пирометра, что позволяет контролировать текущую температуру лампы).

Тепловое излучение лампы принимается объективом и фокусируется на торец оптоволоконного кабеля, по которому попадает в оптико-электронный блок. Оптико-электронный блок содержит три интерференционных светофильтра на длины волн 670, 810, 980 нм. Тепловое излучение принимается фотодиодами. Три из них принимают тепловое излучение, ограниченное спектральной характеристикой светофильтров, а четвертый, установленный без светофильтра, принимает излучение в диапазоне, ограниченном функцией своей спектральной чувствительности.

Ток фотодиодов усиливается и по соединительному кабелю передается на входы универсальной платы аналого-цифрового преобразователя для ввода информации в персональный компьютер. Далее полученные данные обрабатываются в программе пирометра.

Программное обеспечение комплекса

Программное обеспечение предназначено для измерения температуры яркостным методом и методом спектрального отношения, а также измерения тока лампы и определения её температуры по измеренному току.

Программа осуществляет работу с платой сбора данных, фильтрацию и обработку полученных данных, расчет температур. Программа обеспечивает расчет яркостной температуры по выбранному пирометрическому каналу и расчет температуры спектрального отношения по двум выбранным пирометрическим каналам.

Расчет температур осуществляется по калибровочным таблицам. Калибровочные таблицы содержатся в памяти программы и содержат значения температуры, соответствующие значениям пирометрического сигнала, для каждого измерительного канала. Текущее значение пирометрического сигнала сравнивается с табличными данными и методом интерполяции по таблице определяется соответствующее ему значение температуры.

Интерфейс программы (рис. 3) содержит графические формы для отображения принимаемых пирометрических сигналов и рассчитанных температур.

Рисунок 4. Интерфейс программы

Для того чтобы активировать режим измерения температуры, необходимо нажать кнопку «СТАРТ». Перед выходом из программы необходимо остановить процесс измерения повторно нажав на эту кнопку.

В нижней части слева направо расположены три панели отображения температуры. Первая панель отвечает за измерение температуры яркостным методом. Выбор канала, по которому будет измеряться яркостная температура, осуществляется в поле «Канал измерения». Измеренная яркостная температура и скорректированное на величину коэффициента излучения значение температуры отображается соответственно в полях «Яркостная температура» и «Скорректированная температура» Коэффициент излучения, необходимый для коррекции измеренной яркостной температуры вводится в поле «Коэффициент излучения».

Вторая панель предназначена для измерения температуры спектрального отношения. Она имеет уже два поля выбора каналов измерения: «Канал 1 (числитель)» и «Канал 2 (знаменатель)». Измеренная и скорректированная температуры отображаются в соответствующих полях. Отношение коэффициентов излучения, необходимый для осуществления коррекции температуры также вводится в соответствующем поле.

Третья панель отвечает за контроль тока лампы и определение температуры лампы по её току.

Выбор единиц измерения (шкала Кельвина или Цельсия) осуществляется кнопкой выбора шкалы.

Ход работы