Термопары из неблагородных металлов

Термопары из неблагородных металлов очень широко используются во всех отраслях промышленности. Они дешевы и просты в обращении, устойчивы к вибрациям, могут выпускаться во взрывозащищенном исполнении. Особенно удобны в обращении кабельные термопары, электроды которых заключены в специальный герметичный гибкий кабель с минеральной изоляцией. Такая конструкция позволяет расположить термопару в самых сложных конструктивных узлах объекта.

Существенным недостатком является образование термоэлектрической неоднородности в зоне максимального градиента температур, что может привести к ошибке в градуировке более 5 °С. Этот недостаток делает очень проблематичной возможность периодической поверки термопар в лабораторных условиях и диктует необходимость поверять термопары из неблагородных металлов на месте их рабочего монтажа. Наименьшая термоэлектрическая неоднородность характерна для термопары нихросил – нисил (тип N). Одной из существенных составляющих неопределенности измерений термопарами является учет температуры холодных спаев или точность компенсации спаев в цифровых преобразователях.
Для измерения высоких температур до 2500 °С используют вольфрам-рениевые термопары. Особенностью их использования является необходимость устранения окислительной атмосферы, разрушающей проволоку. Для вольфрам-рениевых термопар используют специальные герметичные конструкции чехлов, заполненные инертным газом, а также танталовые и молибденовые чехлы с неорганической изоляцией из оксида бериллия и оксида магния. Одно из важных применений вольфрам-рениевых термопар состоит в измерении температур в ядерной энергетике в присутствии потока нейтронов.
Тип J (железо-константановая)
• Не рекомендуется использовать ниже 0 °С, т.к. конденсация влаги на железном выводе приводит к образованию ржавчины;
• Наиболее подходящий тип для разряженной атмосферы;
• Максимальная температура длительного применения – 500 °С, т.к выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.
• Показания повышаются после термического старения.
• Преимуществом является также невысокая стоимость.
Тип Е (хромель-константановая)
• Преимуществом является высокая чувствительность.
• Термоэлектрическая однородность материалов электродов.
• Подходит для использования при низких температурах.

 

Тип L (хромель-копелевая)

• Высокая чувствительность.

• Высокая термоэлектрическая стабильность при температурах до 600 °С, обусловленная тем, что изменения термоЭДС хромелевого и копелевого термоэлектродов направлены в одну и ту же сторону и компенсируют друг друга. Технический ресурс термопар составляет несколько десятков тысяч часов.

• Недостатком термопары является высокая чувствительность к механическим деформациям.

Тип Т (медь-константановая)
• Может использоваться ниже 0 °С;
• Может использоваться в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода;
• Не рекомендуется использование при температурах выше 400 °С;
• Не чувствительна к повышенной влажности;
• Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлектрическую неоднородность.
Тип К (хромель-алюмелевая)
• Широко используются в различных областях от – 100 °С до +1000 °С (рекомендуемый предел длительного применения, зависящий от диаметра термоэлектрода);
• В диапазоне от 200 до 500 °С возникает эффект гистерезиса, т.е показания при нагреве и охлаждении могут различаться. Иногда разница достигает 5 °С;
• Используется в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода;
• После термического старения показания снижаются;
• Не рекомендуется использовать в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция), термопара при этом изменяет термоЭДС и показывает заниженную температуру;
• Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.
Тип N (нихросил-нисиловая)
• Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.
• Рекомендуемая рабочая температура до 1200 °С (зависит от диаметра проволоки).
• Кратковременная работа возможна при 1300 °С;
• Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К);
• Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.
Рекомендации по выбору термопар из неблагородных металлов
ниже нуля – тип Е, Т;
комнатные температуры – тип К, Е, Т, L;
до 300 °С – тип К, L;
от 300 до 600°С – тип N, L;
выше 600 °С – тип К или N.

 

4.1.2. Термопары из благородных металлов

Наиболее точные термопары – с термоэлектродами из благородных металлов: платинородий-платиновые ПП (тип S (Pt-10%Rh / Pt) (тип R (Pt-13%Rh / Pt), платинородий-платинородиевые ПР (тип В (Pt-30%Rh / Pt-6%Rh)). Преимуществом является значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность, чем у термопар из неблагородных металлов, устойчивость к окислению, вследствие чего высокая стабильность.

Преимуществом термопары типа ТПР также является практически нулевой выходной сигнал при температурах вплоть до 50 °С, таким образом устраняется необходимость термостатирования холодных спаев. Недостатком является высокая стоимость и малая чувствительность (около 10 мкВ/К при 1000 °С).

Хотя платинородиевые термопары превосходят по точности и стабильности термопары из неблагородных металлов и сплавов, минимальная расширенная неопределенность результата измерения температуры в диапазоне до 1100 °С составляет 0,2÷0,3 °С. Причины нестабильности термопар связаны с загрязнением, окислением и испарением материалов термоэлектродов. При температурах 500÷900 °С формируется стабильный окисел родия. Недостаток родия изменяет состав платино-родиевого термоэлектрода, что приводит к изменению зависимости ЭДС от температуры и к возникновению термоэлектрических неоднородностей.

В последние годы за рубежом были разработаны и исследованы термопары из чистых металлов: золото-платиновые и платина-палладиевые. По результатам опубликованных исследований можно сделать вывод о их лучшей стабильности и точности по сравнению с платинородий-платино-выми термопарами.
Тип S (платнородий-платиновая)
• Рекомендуемая максимальная рабочая температура 1300 °С;
• Кратковременное применение возможно при 1600 °С;
• Загрязняется при температурах выше 900 °С водородом, углеродом, металлическими примесями из меди и железа. При содержании железа в платиновом электроде на уровне 0,1%, ТЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100°С) при 1200 °С и 1,5 мВ (160 °С) при 1600 °С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Таким образом, термопары нельзя армировать стальной трубкой, или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой.
• Может применяться в окислительной атмосфере.
• При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Поэтому должны применяться керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Не рекомендуется применять ниже 400 °С, т.к ТЭДС в этой области мала и крайне не линейна.
Тип R (платнородий-платиновая)
• Свойства те же, что и у термопар типа S.
Тип В (платнородий-платинородиевая)
• Рекомендуемая максимальная температура длительного применения составляет 1500 °С (зависит от диаметра проволоки);
• Кратковременное применение возможно до 1800 °С;
• Может загрязняться при температурах выше 900 °С водородом, кремнием, парами меди и железа, но эффект меньше, чем для термопар типа S и R;
• При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Поэтому должны применяться керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Может использоваться в окислительной среде;
• Не рекомендуется применение при температуре ниже 600 °С, где ТЭДС очень мала и не линейна.

 

Конструкция термопар

На рисунке 15 показана конструкция промышленного термоэлектрического преобразователя. Рабочим органом термопреобразователя является чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов 9, сваренных между собой на конце 11, который составляет горячий спай. Термоэлектроды изолированы по всей длине с помощью изоляторов 1 и помещены в защитную арматуру 10. Свободные концы элемента подключены к контактам термопреобразователя 7, расположенным в головке 4, которая закрывается крышкой 6, имеющей прокладку 5. Положительный термоэлектрод подключают к контакту со знаком <+>. Герметизация вводов термоэлектродов 9 осуществляется с помощью эпоксидного компаунда 8. Рабочий конец термопреобразователя изолируют от защитной арматуры керамическим наконечником, который в некоторых конструкциях для уменьшения тепловой инерционности, может отсутствовать. Термопреобразователи могут иметь штуцер 2 для крепления по месту и штуцер 3 для ввода соединительных проводов измерительных приборов.

Рис. 15. Конструкция промышленной термопары

В настоящее время широкое распространение в мире, в т.ч. и в России, получили термопарные кабели, представляющие собой пару термоэлектродов помещенную внутрь металлической трубки и изолированную от нее уплотненным плавленым порошком MgO-периклазом (см. рис. 16).

Рис. 16. Заготовка из термопарного кабеля с одной или двумя парами термоэлектродов

 

Рис. 17 Общий вид кабельной термопары

 

В России выпускают термопарный кабель типов КТХА, КТХК, КТНН, КТЖК диаметров от 1 до 7.2 мм. Оболочка кабеля изготовлена из нержавеющей стали или жаростойкой стали или сплава. Общий вид кабельной термопары представлен на рис. 17.

Термоэлектроды термопары со стороны рабочего торца сварены между собой лазерной сваркой, образуя рабочий спай внутри стальной оболочки термопарного кабеля. Рабочий торец заглушен приваренной стальной пробкой. Свободные концы термоэлектродов подключаются к клеммам головки термопреобразователя или компенсационным проводам.

Применение кабельных термопреобразователей позволяет достичь существенных преимуществ по сравнению с термопарами традиционного исполнения, таких как:

повышенные в 2-3 раза термоэлектрическая стабильность и рабочий ресурс при сравнимых рабочих условиях;

возможность изгибать, укладывать в труднодоступные места, в кабельные каналы, приваривать, припаивать или просто прижимать к поверхности для измерения ее температуры, при этом монтажная длина может достигать 60-100 метров;

малый показатель тепловой инерции, позволяющий применять их при регистрации быстропротекающих процессов;

блочно-модульное исполнение термопреобразователей в защитных чехлах, обеспечивающее дополнительную защиту термоэлектродов от воздействия рабочей среды и возможность оперативной замены чувствительного элемента;

универсальность применения в различных условиях эксплуатации, хорошая технологичность, малая материалоемкость.

Сравнительные испытания термопар показали, что дрейф термо-ЭДС. кабельной термопары КТХА наружным диаметром 3 мм (диаметр термоэлектродов 0.65 мм) при температуре 800°С за 10 000 часов составляет не более 100 мкВ. Повышенная стабильность кабельных термопар объясняется затруднением окисления термоэлектродов из-за ограниченного количества кислорода внутри кабеля, а также дополнительной защитой термоэлектродов от воздействия рабочей среды с помощью металлической оболочки и оксида магния.

При работе в потоках жидкости или газа, двигающихся с большой скоростью, а также при высоких давлениях и температурах, в агрессивных средах, кабельные термопреобразователи помещаются в защитные чехлы (гильзы), предохраняющие их от изгибов и разрушений, и служат в качестве сменных чувствительных элементов. Защитные чехлы имеют типовые габаритные размеры. Внешний вид преобразователя аналогичен традиционному внешнему виду промышленных термопар (рис.18). При этом термопреобразователи блочно-модульного исполнения, сохраняя все преимущества кабельных, приобретают такие достоинства, как:

возможность оперативной замены чувствительного элемента без демонтажа защитного чехла с объекта;

возможность одновременной поверки большого числа преобразователей вследствие малогабаритности демонтируемых кабельных чувствительных элементов;

удешевление последующих поставок, так как, при необходимости, заменять можно только наружный чехол или только чувствительный элемент.

 

Рис. 18. Кабельный термопреобразователь модульного исполнения.

Дальнейшим развитием конструкции кабельных термопар является термопара с дополнительным каналом, позволяющим устанавливать в него контрольную термопару для периодической поверки рабочей термопары непосредственно на объекте без её демонтажа (рис. 19).

 

Рис. 19 Кабельная термопара с дополнительным каналом

 

Такая методика поверки наиболее предпочтительна не только ввиду большей оперативности, но также из – за большей достоверности по сравнению с поверкой в лабораторных условиях. Причиной этого является то, что величина термоЭДС термопреобразователя зависит не только от разницы температур между горячим и холодным спаем, но также от глубины погружения и профиля температурного поля.

Средства измерения термоЭДС

Для измерения термоЭДС в промышленности широко применяются пирометрические милливольтметры, которые являются электроизмерительными приборами магнитоэлектрической системы.

В конструкции милливольтметров можно выделить магнитную и подвижную системы (см. рис. 20). Первая состоит из подковообразного магнита (на рисунке не показан), полюсных наконечников 2 и цилиндрического сердечника 3. Кольцевой зазор между сердечником и полюсными наконечниками характеризуется наличием практически равномерного электромагнитного поля. В этом зазоре соосно с сердечником размещается рамка 1, которая монтируется на кернах, опирающихся на подпятники, либо на натянутых нитях. Момент сил, противодействующий вращению рамки, создается пружиной 4.

Взаимодействие тока, протекающего по рамке, с полем постоянного магнита вызывает появление вращающего момента, который, будучи уравновешен противодействующим моментом пружин, поворачивает рамку на определенный угол. Этот угол пропорционален величине протекающего по рамке тока. При постоянном внутреннем сопротивлении милливольтметра между напряжением на его зажимах и током, протекающим через рамку, существует однозначное соответствие, что позволяет проградуировать его в единицах напряжения. Если милливольтметры предназначены для измерения термоЭДС, то они обычно градуируются в °С и называются пирометрическими.

 

Рис. 20. Конструкция пирометрического милливольтметра

 

Для установления однозначного соответствия между показаниями температуры в °С, термоЭДС термопары и протекающим через милливольтметр током на шкале прибора указывается тип термопары и значение внешнего сопротивления на зажимах термопары (сопротивление измерительной линии).

Поскольку термоЭДС термопары зависит от разности температур рабочего спая и свободных концов, то для корректного измерения температуры объекта необходимо вводить поправку на температуру свободных концов термопары. Если температура свободных концов постоянна, то эта поправка может быть введена смещением стрелки милливольтметра корректором на величину температуры свободных спаев. Если температура свободных концов термопары не остаётся постоянной, термопара подключается к милливольтметру через компенсационное устройство, предназначенное для автоматической компенсации влияния изменения температуры свободных концов термопары. Принципиальная схема устройства показана на рис. 21.

 

Рис. 21 Подключение термопары через компенсационное устройство

 

Конструктивно устройство является четырехплечим неуравновешенным мостом, который состоит из трёх резисторов постоянного сопротивления

R₁, R₂, R₃. Резистор R_t изготовлен из медной проволоки и его сопротивление возрастает с увеличением температуры. Этот резистор устанавливается так, чтобы его температура равнялась температуре свободных концов термопары. Сопротивления резисторов выбираются из условия равновесия моста при температуре 0 °С. При равновесии моста разность потенциалов между точками с и d будет равна нулю. В случае увеличения температуры сопротивление терморезистора R_t возрастёт и между точками c и d появится положительное напряжение разбаланса. Поскольку компенсирующее устройство включено в разрыв одного из термоэлектродов, то напряжение разбаланса моста будет суммироваться с величиной термоЭДС термопары. Сопротивление резистора R₄ подбирается таким, чтобы напряжение разбаланса точно соответствовало требуемой величине поправки на температуру свободных концов термопары. Очевидно, что величина сопротивления R₄ зависит типа применяемой термопары. Чем выше коэффициент преобразования (чувствительность) термопары, тем больше должно быть напряжение между точками с и d при одинаковой температуре. Напряжение разбаланса моста при прочих равных условиях зависит от тока I_M в цепи моста. Величина тока устанавливается резистором R₄.

Если термопара применяется в комплекте с микропроцессорным измерительным прибором, то обычно температура свободных спаев (входных клемм прибора) измеряется с помощью отдельного датчика температуры и этот сигнал используется для вычисления поправки на температуру свободных концов термопары.

Некоторые конструкции приборов предусматривают размещение датчика температуры в специальных соединительных коробках. Соединительные коробки представляют собой полые металлические цилиндры – тепловые экраны, внутрь которых вводятся концы электродов термопар. Экраны позволяют обеспечить равенство температур свободных концов термопары и датчика. При такой схеме подключения термопар удлиняющие провода не используются.

Автоматические потенциометры типа КСП широко используются в теплоэнергетических установках для измерения температуры. Они предназначены для автоматического измерения термоЭДС компенсационным методом.

Рис. 22. Схема автоматического потенциометра

 

Принципиальная схема автоматического потенциометра показана на рис. 22, где обозначено: R_p − сопротивление реохорда, R_ш − шунта, R_н и R_к − для задания начала и конца шкалы, R_п − для задания пределов измерения, R_б − балластное, R_с − для поверки рабочего тока, R_м − медное сопротивление для компенсации влияния температуры холодных спаев,

ИПС − источник питания стабилизированный.

Потенциометр состоит из моста сопротивлений АВСD, в одну из диагоналей которого включен источник питания ИПС (диагональ ВС), а в другую (измерительную диагональ АD) термопара с термоЭДС Е и реверсивный электродвигатель РД с усилителем УЭД. В вершине А моста находится реохорд R_р, к движку которого прикреплена стрелка, движущаяся вдоль шкалы. Перемещением движка в свою очередь управляет электродвигатель.

Мост может находиться в двух состояниях: уравновешенном и неуравновешенном.

Когда мост находится в равновесии, то напряжение между его вершинами AD равно по модулю термоЭДС (U_AD = Е) и напряжение небаланса ΔU, подаваемое на усилитель УЭД, равно нулю:

ΔU = U_AD – Е = 0.

В данном состоянии РД не работает.

Если по каким-либо причинам термо-ЭДС Е изменится, то мост выходит из равновесия и на входе усилителя УЭД появится напряжение небаланса ΔU ≠ 0. Усилитель, усилив напряжение, подает его на РД, который, вращаясь, перемещает движок реохорда. Перемещение движка продолжается до тех пор, пока мост снова не придет в равновесие и напряжение на РД снова не станет равно нулю.

В этих потенциометрах процесс компенсации осуществляется автоматически, непрерывно и с большой скоростью.

 

Кварцевые термометры

Принцип действия кварцевого термометра основан на температурной зависимости собственной резонансной частоты кварцевой пластинки. Эта частота имеет исключительно высокую стабильность, что обусловило широкое применение кварцевых резонаторов в схемах высокостабильных генераторов электрических колебаний. Температурная зависимость резонансной частоты кристалла кварца в общем случае описывается полиномом третьей степени

 

 

где t – температура кварца; f₀ – частота при 0 °С; a, b, c – постоянные коэффициенты.

За счет выбора определенного направления среза кварцевого кристалла можно добиться равенства нулю коэффициентов b и c. В результате получим линейную зависимость резонансной частоты кварцевой пластинки от температуры.

Достоинством кварцевых термометров является высокая разрешающая способность и небольшой временной дрейф, что позволяет изготавливать высокоточные термометры с цифровым выходом. Выпускаемые серийно преобразователи типа ПТЧК в диапазоне температур 0…150°С имеют погрешность, не превышающую ±0,1 °С.

 

Пирометры

Основы пирометрии

Все рассмотренные выше средства измерения температуры работают при непосредственном контакте термометра с измеряемой средой. Верхний предел применения контактных средств измерения ограничен температурой 2200 °С. Кроме того, часто бывает невозможен непосредственный контакт термометра с измеряемой средой. В этих случаях применяются бесконтактные средства измерения температуры, которые измеряют температуры тела или среды по их тепловому излучению. Такие средства измерения температуры называют пирометрами.

Все тела излучают электромагнитные волны различной длины λ. Мощность излучения, отнесенная к единице площади излучающей поверхности, называется энергетической светимостью М, Вт/м². Тела излучают в широком спектре и энергия излучения распределяется неравномерно по разным длинам волн. Энергетическая светимость, определенная для конкретной длины волны, называется спектральной энергетической светимостью , Вт/(м² ∙ м). В практике пирометрии для характеристики излучения обычно используется энергетическая яркость В, Вт/(м² ∙ ср). Энергетическая яркость – это величина потока, излучаемого единицей площади излучающей поверхности в единицу телесного угла в данном направлении. Энергетическая яркость, определенная для конкретной длины волны, называется спектральной энергетической яркостью , Вт/(м² ∙ ср ∙ м).

Зависимость спектральной энергетической яркости абсолютно черного тела от температуры описывается уравнением Планка:

 

 

где С₁ и С₂ – первая и вторая константы излучения; λ – длина волны, м; Т – температура, К.

На рис. 23 показано графическое представление функции Планка.

Для значений λТ < 2 ∙ 10^–3 м ∙ К формула Планка с погрешностью менее 0,1 % может быть заменена уравнением Вина:

 

 

Энергетическая яркость абсолютно черного тела при конкретной температуре Т является площадью под кривой соответствующего графика, т.е. интегралом уравнения Планка от нуля до бесконечности.

 

 

где σ – постоянная Стефана–Больцмана.

По сравнению с абсолютно черным телом реальные тела излучают меньше энергии при одинаковой температуре и длине волны. Это уменьшение принято учитывать с помощью поправочного множителя, называемого спектральным коэффициентом излучения или спектральной степенью черноты

 

 

где – спектральная энергетическая яркость реального тела.

Полная энергетическая яркость тела В_Т при температуре Т определяется по спектральной энергетической яркости при интегрировании по всему диапазону длин волн.

 

.

 

Отношение полной энергетической яркости В_Т излучающего тела к полной энергетической яркости В_0Т абсолютно черного тела при одинаковых температурах называется полным коэффициентом излучения (интегральной степенью черноты).

 

Степень черноты зависит от материала тела, температуры и состояния поверхности. Поэтому пирометры градуируются по абсолютно черному телу, для которого . При измерении температуры реальных тел, пирометры определяют некоторую условную температуру. Действительная температура тела находится расчетом по фактическому коэффициенту излучения. В большинстве пирометров такой пересчет осуществляется автоматически.

 

Монохроматические пирометры

 

Монохроматические пирометры воспринимают излучение в настолько узком диапазоне длин волн, что это излучение может считаться монохроматическим. Из рис. 23 видно, что спектральная энергетическая яркость при фиксированной длине волны возрастает с увеличением температуры. Для выделения необходимой части спектра в приборе устанавливается красный светофильтр, пропускающий излучение с длиной волны λ = 0,655 мкм. Принципиальная схема квазимонохроматического пирометра показана на рис. 24.

Излучение от объекта с помощью объектива 1 фокусируется в плоскости нити пирометрической лампы 2, поэтому изображение излучающего объекта и нити лампы будут одновременно видны наблюдателю в фокусе окуляра 3. Между нитью пирометрической лампы и окуляром располагается красный светофильтр 4, который пропускает излучение с заданной длиной волны. Ток в цепи лампы регулируется наблюдателем до тех пор, пока яркости нити лампы и объекта не уравняются. Равенство яркостей воспринимается наблюдателем как исчезновение нити на фоне контролируемого объекта.

 

Рис. 23. Спектральная энергетическая яркость для различных температур

Рис. 24. Принципиальная схема монохроматического пирометра

 

Ток накала пирометрической лампы ограничивают на уровне значения яркостной температуры примерно 1400 °С, поэтому для измерения более высоких температур между объективом и пирометрической лампой устанавливают поглощающее стекло 5. Это стекло ослабляет поток излучения от объекта измерения.

Поскольку пирометр градуируется по излучению абсолютно черного тела, то при измерении температуры реального тела он покажет температуру абсолютно черного тела T_Я, при которой спектральные яркости реального тела и абсолютно черного тела будут равны. Условная температура T_Я называется яркостной температурой тела.

Истинная температура тела и его яркостная температура связаны соотношением

 

 

где λ – используемая длина волны излучения, мкм; С₂ = 14388 мкм∙К;

− коэффициент излучения тела при длине волны λ.

Рабочий диапазон температур монохроматических пирометров составляет от 800 °С до 4000 °С.

 

Пирометры полного излучения

 

Пирометры полного излучения (их часто называют радиационными пирометрами) воспринимают излучение в широком диапазоне длин волн, поэтому температура тела определяется по интегральной энергетической яркости. Зависимость интегральной энергетической яркости абсолютно черного тела от температуры описывается законом Стефана – Больцмана. Поскольку пирометр градуируется по излучению абсолютно черного тела, то при измерении температуры реального тела он покажет температуру абсолютно черного тела T_Р, при которой интегральные яркости реального тела и абсолютно черного тела будут равны. Условная температура T_Р называется радиационной температурой тела.

На основании уравнения Стефана – Больцмана можно записать

 

 

откуда

 

 

Схема пирометра полного излучения показана на рис. 25. Излучение от измеряемого тела попадает на объектив 1 и через диафрагму 2 фокусируется на горячих спаях термобатареи 3. Термобатарея представляет собой десять последовательно соединенных между собой в «звездочку» миниатюрных хромель-копелевых термопар, изготовленных из фольги толщиной 4 мкм. Рабочие (горячие) спаи термопар располагаются в центре, а свободные (холодные) концы располагаются по окружности. Там же располагается термокомпенсирующее сопротивление – медная катушка, шунтирующая термобатарею. Фокусируемое на горячих спаях излучение нагревает их, в результате чего в цепи термобатареи появляется ток.

 

Рис. 25. Принципиальная схема пирометра полного излучения

 

Протекающий ток создает на термокомпенсирующем сопротивлении падение напряжения, которое измеряется прибором ИП. Визирование пирометра на объект излучения производится с помощью окуляра 4 и диафрагмы 5. Часто визирование осуществляется при помощи лазерного указателя. Недостатком линзовой (рефракторной) оптики является ограниченность диапазона пропускания излучения. У линз из стекла граница пропускания ~ 2 мкм, у кварцевых линз ~ 4 мкм. Более широкий диапазон пропускания имеют конструкции пирометров полного излучения с фокусирующим вогнутым зеркалом (рефлектором).

Пирометры полного излучения применяются для измерения температур от 0°С до 3000 °С.

Общим недостатком как монохроматического пирометра, так и пирометра полного излучения является зависимость погрешности измерения температуры от степени точности определения фактической величины используемых коэффициентов излучения. Реальная погрешность определения может составлять ±(10…20) %. Погрешность определения в некоторых случаях доходит до ±50 %. Существенно меньше эта составляющая погрешности измерения в пирометрах спектрального отношения.