Термометрия оптическая

Измерение температуры осуществляют с помощью жидкостных, термоэлектрических термометров, оптических пирометров, термометров сопротивления и других приборов. [c.175]

При температурах выше 630 °С как оптическая пирометрия, так и шумовая термометрия показали, что шкала, основанная на —10% РЬ/Р1 термопарах, заметно отклоняется от термодинамической шкалы при сушествующих значениях реперных точек, как показано на рис. 2.11. Пока еше отсутствуют измерения, которые соединили бы верхнюю границу [c.62]

Второе важное отличие термометрии излучения от других методов термометрии, которое оказало глубокое влияние на ее развитие, состоит в том, что в термометрии излучения используется естественный датчик — человеческий глаз. До самого последнего времени наиболее широко распространенным инструментом в оптической пирометрии был оптический пиро- [c.309]

Проблема детектора теплового излучения неотделима от вопроса об излучательных свойствах источника излучения. Спектральные характеристики излучения черного тела, как будет показано, описываются законом Планка. Проинтегрированный по всем длинам волн закон Планка приводит к закону Стефана — Больцмана, который описывает температурную зависимость полного излучения, испущенного черным телом. Если бы не было необходимости учитывать излучательные свойства материалов, оптический термометр был бы очень простым. К сожалению, реальные материалы не ведут себя как черное тело, и в законы Планка и Стефана — Больцмана приходится вводить поправочные факторы, называемые коэффициентами излучения. Коэффициент излучения зависит от температуры и от длины волны и является функцией электронной структуры материала, а также макроскопической формы его поверхности. [c.311]

Перенос тепла излучением и оптическая термометрия тесно связаны, поскольку в обоих случаях необходимо иметь соотношение между термодинамической температурой и количеством и качеством тепловой энергии, излученной поверхностью. В конце 19 в. на основе только классической термодинамики и электромагнитной теории были получены два важных результата. Первый — закон Стефана (1879 г.), согласно которому плотность энергии внутри полости пропорциональна четвертой степени температуры стенок полости. Второй —закон смещения Вина (1893 г.), который устанавливал, что, когда температура черного тела увеличивается, длина волны максимума излучения Хт уменьшается, так что произведение ХтТ сохраняется постоянным. Доказательство закона Стефана основано на трактовке теплового излучения как рабочей жидкости в тепловой машине, имеющей в качестве поршня подвижное зеркало, и использовании электромагнитной теории Максвелла, чтобы показать, что действующее на поверхность давление изотропного излучения пропорционально плотности энергии. Закон Вина вытекает из рассмотрения эффекта Доплера, возникающего при движении зеркала. В обоих законах появляется постоянный коэффициент пропорциональности, относительно которого классическая термодинамика не могла дать информации. [c.312]

К сожалению, значения атомных констант таковы, что видимое излучение для оптической термометрии является квантовым процессом, и поэтому излучательные свойства материалов в этой области не могут быть вычислены из первых принципов. Как будет показано в данной главе, для преодоления этих трудностей приходится применять различные окольные пути. Более того, предыдущее обсуждение может создать впечатление, будто процесс излучения — настолько сложная и плохо изученная проблема, что даже экспериментальные измерения являются трудными. Действительно, непосредственные измерения излучательной способности сопряжены с трудностями, но выход из затруднения указывает закон Кирхгофа. [c.322]

Выше отмечалось, что независимое вычисление излучательных свойств реальных материалов является безнадежной задачей. Однако в соответствии с законом Кирхгофа задачу можно свести к проблеме вычисления поглощения. Эта проблема, по-видимому, проще, так как она имеет отношения к взаимодействию внешнего электромагнитного поля с электронами в твердом теле. Подробное обсуждение этого вопроса не входит в круг задач данной книги, поскольку результаты вычисления поглощательной способности в термометрии используются редко. Однако качественные расчеты поглощательной способности металлов и диэлектриков могут быть сделаны, в частности, в низкочастотной области, где применима классическая электромагнитная теория. Точность результатов такого расчета свойств индивидуальных материалов для оптической термометрии недостаточно высока. Хороший обзор оптических свойств металлов и диэлектриков сделан в работе [84]. [c.326]

Полость сделана большой, чтобы при визировании нижней части цилиндра и обращенного конуса ее излучательная способность для теплового излучения при 273 К превышала 0,9999. Область длин волн, на которую приходится основная часть излучения при этой температуре, простирается от 2 до 200 мкм. На излучение за пределами этой области приходится лишь 0,1 % от полной энергии излучения. Температура полости измерялась восемью прецизионными платиновыми термометрами сопротивления, прикрепленными к различным частям полости. Однородность температуры в цилиндрической и конической частях была лучше, чем 1 мК. Внутренняя поверхность полости покрыта черной краской ЗМ-С-401, оптические свойства которой известны до длины волны 300 мкм. Вплоть до длины волны 30 мкм коэффициент отражения краски меньше 0,06. Таким образом, излучательная способность полости с достаточной степенью точности определяется только членом с р в уравнении (7.56) для углов падения больше 80° при всех длинах волн чернение приводит к преимущественно зеркальному отражению. [c.347]

Оптический пирометр с исчезающей нитью в свое время повсеместно использовался в эталонных лабораториях для реализации международной практической температурной шкалы. Он и сегодня остается широко используемым в науке и промышленности прибором для практической термометрии. По этой причине мы начнем этот раздел с описания его конструкции и работы. [c.365]

Оптическая термометрия и измерение термодинамической температуры [c.381]

Практическая оптическая термометрия и преодоление проблемы излучательной способности [c.383]

Главная трудность при использовании оптической термометрии за пределами поверочных лабораторий состоит в измерении температуры тела, излучательная способность которого неизвестна. В большинстве промышленных применений измерение температуры черного тела — скорее исключение, чем правило. Значительно более вероятно, что объект, температуру которого необходимо измерить, представляет собой либо чистую свободно излучающую металлическую поверхность, либо частично окисленную металлическую поверхность, смесь расплавленного металла и шлака, частично затемненную дымом, или даже полупрозрачный объект, такой, как расплавленное стекло. Встречаются как чисто зеркальные, так и почти диффузные поверхности. Первые во многих отношениях проще, однако, как [c.383]

К сожалению, не существует ни одного метода оптической пирометрии, который мог бы охватить весь набор встречающихся ситуаций. Однако разработаны различные подходы, каждый из которых способен преодолеть одну или две упомянутые выше трудности Выбор м,етода сильно зависит от конкретных особенностей применения и поэтому все, что изложено ниже,— это некоторые общие руководящие принципы, касающиеся основ различных методов. Характеристики большинства приборов, разработанных для частых применений, можно найти в трудах важнейших симпозиумов по термометрии, указанных в библиографии. [c.384]

Оптическая термометрия полупрозрачных сред [c.393]

Оптическая термометрия занимает важное место в стекольной промышленности, где температуру стекла нужно измерять в различных условиях в тонких твердых или жидких слоях, в толстых заготовках или в больших расплавленных объемах. Передача тепла излучением через стекло является чрезвычайно сложным процессом [31, 40]. Во многих отношениях имеется сходство с переносом тепла или импульса через газ в промежуточной области между молекулярным и вязким состояниями. Средний свободный пробег молекул газа может быть уподоблен расстоянию, пройденному лучом в стекле до его поглощения, а именно а , где а — коэффициент поглощения. Величина а сильно зависит от длины волны и возрастает от малых значений при длинах волн ниже примерно 2,5 мкм до очень больших значений (>10 см ) для длин волн, превышающих 4 мкм. В промежуточной области между примерно 2,7 и 4 мкм величина а сильно зависит от температуры и меняется между 4 и 6 СМ . Эти большие изменения поглощения происходят именно в той длинноволновой области, на которую приходится основная часть теплового излучения стекла, нагретого до 1000—2000 К. [c.393]

В оптической термометрии стекла используются длины волн либо ниже 3 мкм, либо выше 5 мкм в зависимости от того, какая температура требуется — внутренняя или поверхностная. На рис. 7.45 показано спектральное распределение теплового излучения, испущенного слоем толщиной 6 мм, которое вычис- [c.396]

Для измерения и регулирования температуры промышленность изготовляет в большом количестве термопары, термометры сопротивления, стеклянные жидкостные термометры, манометрические термометры, пирометры — оптические, фотоэлектрические и радиационные. [c.11]

К середине XIX в. мастерская Ижорских заводов выпускала значительное количество самых разнообразных инструментов (более 230 наименований), среди которых были оптические, физические и математические инструменты — теодолиты с призмами, нивелиры, астролябии двух типов, кипрегели двух типов, мензулы с принадлежностями, секстанты большие, или, как их тогда называли, двойные с повторительной алидадой, секстанты карманные, пантографы, протракторы, различные инклинаторы, квадранты, искусственные горизонты, компасы, секундомеры, барометры, термометры, мерные цепи, различные буссоли, чертежные и другие инструменты [c.396]

II. Измерение температур ртутные термометры термометры сопротивления термопары, оптические и радиационные пирометры. [c.14]

Для измерения температуры конденсата и температуры охлаждающей воды до и после калориметров применялись ртутные термометры с ценой деления О, Г С. Кроме ежегодной государственной поверки, эти термометры тарировались авторами по термометру сопротивления. Для отсчета показаний термометров во время опытов и тарировок применялись специальные оптические отсчетные устройства, что повышало точность измерений. Тщательно учитывались поправки на выступающий столбик ртути и на сжатие шариков термометров (термометры установлены непосредственно в потоке охлаждающей воды). Все это дает возможность оценить точность измерения температуры в 0,01—0,02° С. Так как при проведе--НИИ опыта измеряемая разность температур охлаждающей воды составляла обычно 45—47° С, то, следовательно, точность ее измерения оценивается величиной 0,05—0,07%. [c.254]

Условия радиационного теплообмена можно создавать оптическим нагревателем, состоящим из источника света 1 (рис. 13,6), конденсора 2, диафрагмы 5, регулирующей размеры и форму светового пятна, матового стекла 4 и объектива 5. Термометром сопротивления 7 ( т). является термопара, термистор и т. п, [c.56]

Для исключения рассеяния теплоты в окружающее пространство оптический нагреватель заключен в теплозащитный корпус. Нагреватель устанавливается на значительном расстоянии от объекта. Бесконтактный нагреватель удобен и в случае исследования упругих податливых элементов. Обеспечение необходимого температурного импульса производится настройкой потенциометра, подключенного к диагонали моста. Поддержание заданного теплового режима обеспечивается термометром Rt, сигнал с которого подается на реле Р, управляющее работой источника света. Время установления теплового скачка менее 0,1 от постоянной времени исследуемого элемента. В качестве источника света 1 удобно использовать галогенную лампу. [c.57]

Термопары — термометры термоэлектрические. Диапазон температур, который можно измерять термопарами, очень широк примерно от —270 до 3000 °С. До 400. .. 500 °С термопары по точности уступают термометрам сопротивления, а при температурах выше 2500 °С — оптическим пирометрам. [c.64]

Интерференционная термометрия оптически анизотропных твердых тел [6.69-6.71] является естественным продолжением ЛИТ. В данном случае выражение для разности фаз двух пучков содержит температурно-зависимую разность показателей преломления Дп (обыкновенного и необыкновенного пучков в кристалле или различных мод в оптическом волокне). Например, для кристаллической кварцевой пластинки толщиной около 2 мм в температурном диапазоне 0-Ь180 °С достигнута разрешающая способность по температуре 5в 0,05 °С. При увеличении толщины пластинки 5в уменьшается. Температурная зависимость сдвига фазы является линейной. [c.180]

Другое изменение, внесенное в 1948 г., состояло в небольшом уточнении температуры, приписанщ)й точке затвердевания серебра, с 960,5 до 960,8 °С. Это позволило уменьшить разрыв производной по МТШ-27 в точке соединения термометра сопротивления и термопары. В интервале, определенном оптическим пирометром, было принято новое значение постоянной С2= 1,438 см К в соответствии с уточнениями значений атомных констант. Кроме того, формула Вина была заменена формулой Планка. Численные расхождения температур по МТШ-27 и МПТШ-48 показаны на рис. 2.2. В 1948 г. было решено также не пользоваться выражением стоградусная шкала и ввести термин градус Цельсия . Это изменение было частично вызвано стремлением устранить возможные недоразумения в тексте на французском языке, где [c.48]

Это затруднение было преодолено в ревизии температурной шкалы 1968 г., когда единица температуры по практической и термодинамической шкалам была одинаково определена равной 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Единица получила название кельвин вместо градус Кельвина и обозначение К вместо °К. При таком определении единицы интервал температур между точкой плавления льда и точкой кипения воды может изменять свое значение по результатам более совершенных измерений термодинамической температуры точки кипения. В температурной шкале 1968 г. значение температуры кипения воды было принято точно 100 °С, поскольку не имелось никаких указаний на ошибочность этого значения. Однако новые измерения с газовым термометром и оптическим пирометром, выполненные после 1968 г., показали, что следует предпочесть значение 99,975 °С (см. гл. 3). Тот факт, что новые первичные измерения, опираюшиеся на значение температуры 273,16 К для тройной точки воды, дают значение 99,975 °С для точки кипения воды, означает, что ранние работы с газовым термометром, градуированным в интервале 0°С и 100°С между точкой плавления льда и точкой кипения воды, дали ошибочное значение —273,15 °С для абсолютного нуля температуры. Исправленное значение составляет —273,22 °С. [c.50]

Термодинамические температуры всех реперных точек МПТШ-68 были получены только на основе газовой термометрии. Единственное исключение составляло значение точки кипения равновесного водорода е-Нг, выбранное с учетом измерений в НБЭ с акустическим термометром. Последние данные о численных значениях термодинамических температур выше 13,81 К также в основном опираются на измерения с газовым термометром, хотя и существуют довольно точные акустические данные вплоть до 20 К, а также сведения об отношениях температур, найденных оптическим и шумовым методами выше 630 °С, и результаты измерения полного излучения между 327 и 365 К- Различные уточнения были получены методом магнитной термометрии вплоть до 90 К, однако, как будет показано в гл. 3, магнитная термометрия не является первичной и не может существовать независимо. [c.61]

Рис. 3.12. Акустический интерферометр НФЛ для интервала температур от 2 до 20 К [20]. А — смазка стайкаст В — постоянный магнит С и О — электрические экраны Е— пьезоэлектрический датчик ускорения Е — диафрагма О — акустический канал Я — поршень, на котором крепится уголковый отражатель / — германиевые термометры сопротивления / — уголковый отражатель J( — стержень, который толкает поршень Е — разделитель лучей М — подвес Я — оптическое окно О — опора Р — верхняя камера Q — подвижная труба Р — радиационный экран 5 — термометр сопротивления Т— тепловой якорь (с нагревателем) и — тепловой якорь при Т=4,2 К V — вакуумная полость W — центральная несущая труба У — лазерные лучи 2 — ванна с жидким гелием.

Оптическая пирометрия, пирометрия по излучению, инфракрасная пирометрия, пирометрия монохроматического или суммарного излучения — таковы некоторые наименования методов термометрии, основанных на измерении теплового излучения В этой области наметилась тенденция использовать слова пирометрия и термометрия в качестве синонимов, хотя применение слова пирометрия с его значением корня огонь к инфракрасным измерениям тепературы ниже 100 °С представляется несколько неуместным. [c.309]

Точность, с которой может быть использован пирометр с ис-чезаюшей нитью для измерения температуры, вполне достаточна для большинства практических применений. Во всяком случае, ограничивающим фактором чаще служит неопределенность в излучательной способности объекта, температура которого подлежит измерению. Однако, несмотря на удобство, точность и надежность, оптический пирометр с исчезающей нитью имеет один существенный недостаток его использование требует активного участия квалифицированного наблюдателя. Его нельзя использовать в тех приложениях, которые нуждаются в непрерывных или быстрых измерениях, а также измерениях в недоступных или опасных ситуациях. По этой причине с самого начала некоторые оптические термометры объединялись с тепловыми, термоэлектрическими, фоторезисторными и фо-тоэмиссионными детекторами. Среди них наиболее удачными оказались оптические термометры с кремниевыми фотоэлементами. Высокая прочность и долговременная воспроизводимость [c.310]

На рис. 7.1 приведены величины ДHv для значений 2Ь1к в области от 1 до 100. Наиболее поразительным на рис. 7.1 является наложение больших флуктуаций Ai/v на плавно меняющуюся функцию АПу. Величина этих флуктуаций обратно пропорциональна ширине полосы V, и поэтому флуктуации с увеличением частоты уменьшаются значительно медленнее, чем уменьшается Ai/v. Из рис. 7.1 ясно, что для встречающихся в практике оптической термометрии размеров полостей, длин волн и температур отличия от закона Планка малы. Например, для длины волны 1 мкм и размера полости 1 мм получаем Ai/v = 2,5 10 , что пренебрежимо мало. Однако, если используется очень малая ширина полосы, среднеквадратичная флуктуация (бi/v) перестает быть незначительной. В современной высокоточной оптической пирометрии использование ширины полосы в 1 нм и менее является обычным. Это приводит к значениям (6Н ) = 5 10 или 10 , которыми пренебречь [c.316]

Шум и другие свойства фотоумножителей, существенные для оптической термометрии, были широко исследованы в работах [18—20, 22, 23, 29]. Выбор способа работы фотоумножителей методом постоянного тока [44] или методом счета фотонов в основном зависит от вкуса потребителя. Не существует никаких заметных преимуществ одного метода перед другим. В обоих случаях необходимо, чтобы фотоумножителю не мешали избыток шума, усталость или нелинейность. Метод счета фотонов имеет, однако, преимущество в том, что зависимость амплитуды сигнала от усиления меньще и ослабляется эффект утечек тока внутри фотоумножителя или около его цоколя. Кроме того, сигнал имеет цифровую форму, которая облегчает прямую связь с ручной цифровой обработкой и с контрольно-компьютерной системой. В обоих методах — на постоянном токе и методе счета фотонов — критичным является контроль температуры фотоумножителя, так как спектральная чувствительность (особенно вблизи длинноволновой границы), а также темновой ток зависят от температуры. Фотоумножители с чувствительным в красной области спектра фотокатодом 8-20, такие, как ЕМ1-9558 (щтырьковая замена для ЕМ1-9658 фотоумножителя 8-20), для понижения темнового тока должны работать при температуре примерно —25 °С. Применение чувствительного в красной области фотокатода позволяет работать с длинами волн примерно до 800 нм, хотя если прибор предназначен исключительно для воспроизведения МПТШ-68 выше точки золота, такие длины волн требуются редко. [c.377]

В технике для измерения температур используют различные свойства тел расширение тел от нагревания в жидкостных термометрах изменение объема при постоянном давлении или изменение давления при постоянном объеме в газовых термометрах изменение электрического сопротивления проводника при нагревании в термометрах сопротивления изменение электродвижущей силы в цени термопары при нагревании или охлаждении ее спая. При измерении высоких температур оптическими пирометрами используются законы излучения твердых тел и методы сравнения раскаленной гшти с исследуемым материалом. [c.15]

Температуру измеряют различными приборами жидкостными и газовыми термометрами, термоэлектрическими и оптическими пирометрами и т. д. Каждый прибор, используемый для измерения температуры, естественно, должен быть отградиурован в соответствии с установленной температурной шкалой. [c.8]

В соответствии с положением о действующей в настоящее время международной практической температурной шкале 1968 г. эта шкала реализуется с помощью платинового термометра сопротивления в несколько ином интервале температур — от —259,34° С (тройная точка водорода) до 630,74° С. При температурах от 630,74° С до 1064,43° С (точка затвердевания золота) международная температурная шкала основывается на показаниях платинородин-платиновой термопары, а при более высоких температурах экстраполируется посредством оптического пирометра. Более сложным путем реализуется температурная шкала при температурах ниже тройной точки лодорода. [c.76]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...