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.

Ø 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 DТ=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 Dl/l<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(l,Т_S) равна плотности мощности излучения реального объекта М(l,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(l,Т), на длине волны l, то в приближении Вина для яркостной и истинной температур получим:

Отсюда следует, что яркостная и истинная температуры связаны соотношением:

Поскольку e(l ,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 e(l, 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: