ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теоретические основы методов измерения температуры тел по их тепловому излучению из "Теплотехнические измерения и приборы " Методы измерения температур, использующие различные свойства теплового излучения тел, вытекающие из законов излучения абсолютно черного тела, нашли широкое практическое применение. Под абсолютно черным телом понимают тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию. Такие тела в природе отсутствуют, но модель черного тела можно осуществить с достаточной степенью приближения. [c.261] Моделью, наиболее приближающейся по своим свойствам к абсолютно черному телу, является полое непрозрачное тело с малым отверстием, все участки поверхности которого имеют одну и ту же температуру. Для такой модели черного тела коэффициент поглощения можно принять равным единице, так как энергия луча, попадающего в малое отверстие полого тела, практически полностью поглощается внутри последнего вследствие многократных отражений от внутренней поверхности. В дальнейшем все величины, относящиеся к абсолютно черному телу, мы будем отмечать индексом О . [c.261] В пирометрии излучения в качестве величин, характеризующих тепловое излучение теЛ, применяют энергетическую светимость (излучательность) и энергетическую яркость (лучистость). При этом следует различать полную и спектральную светимость и яркость. [c.261] Под полной энергетической светимостью тела понимают полную (интегральную) поверхностную плотность излучаемой мощности, т. е. [c.261] Все реальные тела по степени поглощения ими лучистой энергии отличаются от черного тела и имеют коэффициент поглощения меньше единицы, Излучательная способность реальных тел также отличается от лучеиспускательной способности черного тела и может быть характеризована коэффициентом излучения полным или спектральным. [c.262] Для всех реальных тел В (Г) Во(Т) и В (Я,, Т) Bf l, Т), т. е. О Ej- 1 и О Ея 1. Коэффициенты излучения Ej- и е зависят от вещества тела, состояния его поверхности и температуры. Спектральный коэффициент E , зависит также от Я,, а Ег— от спектрального состава излучения. [c.262] Условные температуры находятся в определенном соотношении с действительными температурами реальных тел, причем эти соотношения между условными и действительными температурами устанавливаются теоретически с помощью законов излучения. При этом для определения значения действительной температуры с по- мощью полученных соотношений необходимо знать также коэффициент излучения реальных тел в тех лучах, которыми предложено оперировать при измерении их условной температуры. [c.263] Следует также иметь в виду, что условные температуры данного тела получаются при одной и той же его действительной температуре различными, в зависимости от того, какое свойство излучения положено в основу метода измерения условной температуры. Поэтому при установлении соотношения между условной и действительной температурой необходимо руководствоваться методом измерения условной температуры реальных тел. Условные температуры тел, измеренные пирометрами, тем больше отличаются от действительных, чем значительнее характер излучения этих тел отличается от харак- тера излучения черного тела. Это является принципиальным недостатком методов измерения температуры тел по тепловому излучению. Применяемые неавтоматические способы введения соответствующих методических поправок в показания пирометров, позволяющие перейти от измеренных условных температур к действительным температурам тел, мало надежны. Рассматриваемый ниже метод автоматического введения поправок, позволивший создать пирометр для измерения действительной температуры тел (см, 7-5), является перспективным. [c.263] Ниже ознакомимся с различными свойствами теплового излучения черного тела, вытекающими из законов излучения, положенными в основу наиболее распространенных бесконтактных методов измерения температур реальных тел. [c.263] При более высоких значениях КТ формула Вина дает погрешность тем больше, чем больше произведение КТ. Если уравнение Вина используется для видимой области спектра, то оно с достаточной точностью справедливо для всего интервала температур, в котором обычно производятся промышленные измерения температуры, т. е. до 3000 К. При более высокой температуре поправки могут быть определены расчетным путем и учтены при измерении. [c.264] Из кривых, представленных на рис. 7-2-1, видно, что по мере уменьшения температуры черного тела максимум распределения энергии его излучения смещается в сторону длинноволновой области спектра. Зто и явилось основанием использовать для измерения яркостной температуры тел инфракрасную область спектра, выделяя из нее сравнительно неширокий рабочий. спектральный участок. Используя инфракрасную область спектра, представляется возможность обеспечить измерение яркостных температур тел более низких, чем в видимой области спектра. [c.265] При выборе спектрального участка необходимо учитывать, что по мере возрастания длин волн и понижения температуры коэффициент излучения для большинства металлов снижается. Кроме того, при выборе рабочего интервала в инфракрасной области спектра необходимо также учитывать, что некоторые участки спектра претерпевают в воздушном слое между прибором и излучателем замег-ное поглощение. Основными компонентами в воздухе, создающими заметное поглощение лучистой энергии в некоторых участках инфракрасной области спектра, являются водяные пары и углекислый газ. [c.265] Соотношение (7-2-11) носит название закона смещения Вина. Пунктирная линия (рис. 7-2-1), проходящая через максимумы всех кривых,-соответствует закону смещения Вина. [c.265] В видимой части спектра смещение Я, акс и, следовательно, перераспределение энергии, вызываемое изменением температуры тела, приводит к изменению его цвета. Это и послужило основанием существующие методы измерения температур тел, основанные на изменении с температурой распределения энергии внутри данного участка спектра излучения, называть цветовыми методами. Условная температура тела, измеренная этими методами, называется цветовой температурой. [c.265] Цветовая температура может быть измерена путём сравнения цвета реального тела с цветом черного тела, или сравнением в данной области спектра распределения энергии излучения рассматриваемого реального и черного тела. Последние два метода измерения цветовой температуры не получили широкого применения и поэтому ниже рассматриваться не будут. [c.266] Постоянная Сд связана с постоянной 0о соотношением == = ид/п = 1,8047 Вт/(ср-м -К ). [c.266] Закон Стефана—Больцмана положен в основу метода измерения температур тел по их полному тепловому излучению. Условную температуру реального тела, измеренную этим методом, принято называть радиационной температурой или температурой полного излучения. Пирометры, предназначенные для измерения радиационной температуры, обычно называют пирометрами полного излучения или радиационными. [c.266] Далее уточним понятия условных (яркостной, цветовой, радиационной) температур и выведем уравнения, позволяющие. осуществить переход от условных температур реальных тел к их действительной температуре. [c.267] Это уравнение при условии Т 3000 К позволяет вычислить действительную температуру физического тела Т, зная его спектральный коэффициент излучения E , и яркостную температуру е, измеренную пирометром. Яркостная температура 6 тем больше отличается от действительной Т, чем меньше спектральный коэффициент излучения Ех- Так как О 1, то правая часть уравнения (7-2-14) всегда положительна и яркостная температура физических тел всегда меньше их действительной температуры. [c.267] После сокращения подобных членов и логарифмирования последнее соотношение принимает вид . [c.268] Вернуться к основной статье