Яркостные пирометры.

Основаны на сравнении в узком участке спектра яркости исследуемого объекта с яркостью образцового излучателя. Спектральная плотность излучения реального тела в видимой части спектра определяется выражением,

где ε _λ — относительная лучеиспускательная способность тела в дан­ном участке спектра (0 < ε _λ < 1). Сравнивая яркости двух объектов по спектральным плотностям излучения, можно измерить интере­сующую нас температуру. Яркостные пирометры также обладают погрешностью от неполноты излучения — измеряемая ими темпе­ратура Θ _λ отличается от истинной Θ. Связь между ними определяется выражением 1/Θ _λ = 1/Θ — (λ /С₂) In ε _λ , где ε _λ — коэффициент не­полноты излучения для данной длины волны λ. При λ = 0, 6 ÷ 0, 7 мкм значение ε _λ для различных материалов изменяется от 0, 03 до 0, 7 и зависит от состояния поверхности тела. Несмотря на широкий диапазон изменения коэффициента неполноты излучения ε _λ , его влияние на температуру составляет 15 — 25%, что можно учесть градуировкой прибора в рабочих условиях.

Существенным достоинством яркостных пирометров является не­зависимость их показаний от расстояния до излучающей поверх­ности и ее размеров (например, измерение температуры звезд).

В качестве образцового источника яркости используются лампы с плоской вольфрамовой нитью. После старения при температуре 2000°С в течение 100 ч излучение лампы становится стабильным, если ее температура не превосходит 1500 °С. Изменение яркости лампы осуществляется либо регулировкой тока, либо введением нейтрального светофильтра переменной плотности (оптического клина). В первом случае шкала прибора получается резко нелиней­ной, так как яркость нити пропорциональна пятой степени тока накала. Во втором случае угол поворота клина линейно связан с ре­гулируемой яркостью.

Устройство датчика яркостного пирометра показано на рис. 3.14.

Датчик представляет собой телескоп с объективом 2 и окуляром 6. Для ограничения полосы частот перед окуляром размещен крас­ный светофильтр 5. Экспериментатор наблюдает исследуемый объект (тело) 1 через окуляр, ослабляя его яркость оптическим клином 4, и сравнивает интенсивности излучения измеряемого тела и образ­цового источника. Измеряемая температура определяется по шкале оптического клина в момент уравнивания яркостей. Прибор имеет два предела измерения: при более высоких температурах последова­тельно с оптическим клином вводится нейтральный светофильтр 3, позволяющий расширить пределы измерения яркости вдвое. Срав­нение яркостей производится по наблюдению нити образцового из­лучателя на фоне исследуемого тела. Если яркость тела больше яркости образцового излучателя, то нить накаливания видна в виде черной нити на ярком фоне. В противном случае заметно свечение нити на более бледном фоне исследуемого тела. При равенстве яр­костей нить не видна, поэтому такие пирометры часто называются пирометрами с исчезающей нитью. Яркостные пирометры обеспечи­вают высокую точность измерения температуры, так как яркость тела растет гораздо быстрее, чем его температура. Поэтому при измерении яркости с погрешностью в 1 % обеспечивается погрешность измерения температуры не более 0, 1%.

Низкотемпературные яркостные пирометры регистрируют тепло­вое излучение в инфракрасной части спектра и используются для исследования температурных полей (инфракрасные радиометры).