Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

Например, в пирометре, схема которого изображена на рис. 61, производится автоматическое сравнение яркостей спектральных ли­ ний натрия в двух монохроматических потоках: в световом потоке температурной лампы, который через узкополосный светофильтр (монохроматор) подается прямо на фотоумножитель, и в световом потоке, создаваемом той же лампой и направленном на объект изме­ рения— пламя, которое его’частично поглощает. При неравенстве потоков нарушается равновесие моста и его выходной сигнал воз­ действует на температурную лампу, уменьшая или увеличивая ее яркость. Для измерения температуры лампы используется третий

излучения Гх0, практически весьма трудно при температурах до 2000— 2500° С из-за чувствительности максимума к изменению длины волны, поэтому такие методы мало применимы.

Наибольшая точность достигается при построении пирометров, работающих по методу сравнения распределения плотностей излу­ чения на двух длинах волн, получившему название цветового метода. Цветовая температура 7 Ц абсолютно черного тела определяется из отношения

Как видно из обобщенной характеристики (рис. 60) в широком диапазоне применимо линейное приближение

я 2 = А — В In я 3

219

и, следовательнб,

Иначе говоря, определяя логарифм отношения сигналов, пропор­ циональных излучению для двух длин волн, можно получит ли­ нейную шкалу для обратной величины Тц. Для реального тела с меньшей лучеиспускательной способностью, чем абсолютно чер­ ное тело, имеем

Некоторые реальные тела обладают свойствами так называемых серых тел, у которых еХч тдля всех длин волн одинаково. Для та­ ких тел отпадет необходимость в поправке на неполноту излучения.

Рис. 62. Схемы цветовых пирометров: а — одноканального; б — двухканального с питанием чувствительных элементов перемен­ ным током

ЧЭ — чувствительный элемент; ЦМ — цветовой модулятор; Ф — свето­ фильтры; УП — усилитель-преобразователь; РП — регистрирующий при­ бор; 3 — зеркала; Ус — усилитель; Г — генератор; ПС — пересчетная схема

Цветовые пирометры выполняются одноили двухканальными (рис. 62). В одноканальной схеме два различных монохроматичес­ ких световых потока с помощью оптического коммутатора попере-

220

менно подаются на один фотоэлектрический приемник. В качестве коммутаторов применяются: вращающиеся или колеблющиеся ме­ ханические элементы, фотоэлектронные или управляемые магнит­ ным полем устройства и различные оптико-электрические элементы, прозрачность которых может изменяться под действием электри­ ческого сигнала. Чаще всего в промышленных пирометрах оптический коммутатор выполняется в виде вращающегося диска с отверстиями, закрытыми светофильтрами двух разных длин волн. С их помощью световой поток модулируется по амплитуде и подается на чувстви­ тельный элемент (фотоэлемент). Сигнал в нагрузке фотоэлемента имеет коэффициент глубины модуляции, равный

где а — отношение амплитуд сигнала и, следовательно, отношение интенсивностей светового потока, проходящего через фильтры. Задача регистрирующего устройства заключается в определении

О.,л, = ka

вычислении Гц по формуле (VII. 13) и при необходимости во внесении поправки по формуле (VI 1.14).

В двухканальных цветовых пирометрах измерительные сигналы каждого спектрального диапазона передаются одновременно по независимым каналам, что значительно повышает возможности из­ мерения нестационарных температур.

Цветовым пирометром измеряется истинная температура серого тела; кроме того, при некотором усложнении возможно измерение истинной температуры тел, для которых в пределах некоторых трех

_J____ 1________ s l , г 3

Ти Т’цг-з с2 (Я ^1 — Я^1)

Подставляя в последние две формулы значение гы и разлагая лагорифмическую зависимость в ряд, с учетом первых членов раз­ ложения можно записать:

221

Из этих двух равенств следует, что

Таким образом, для определения Ти по двум измерениям цвето­ вой температуры достаточно лишь знать относительную величину XJXз при условии, что оба измерения включают одинаковую волну Х2.

5. Методы определения температуры по изменению свойств среды

В сложных условиях проведения лабораторных исследований находит применение ряд методов определения температуры, осно­ ванных на использовании зависимостей от температуры определен­ ных свойств и параметров изучаемого объекта. Рассмотрим основы некоторых из этих методов.

Магнитная восприимчивость веществ, определяемая как отно­ шение интенсивности намагничивания к напряженности поля Н, зависит от температуры и может служить ее мерой. Для парама­ гнитных веществ эта зависимость выражается законом Кюри

где х — восприимчивость единицы массы. Ферромагнитные веще­ ства становятся парамагнитными выше критической температурыТк, называемой точкой Кюри, после чего их восприимчивость изменяется согласно закону Вейсса

const

Xm — Т — Т к ’

где Xm— восприимчивость одного моля вещества. Точка Кюри некоторых ферромагнетиков имеет следующие значения (в °С):

судить о температуре. Этим методом, в частности, измеряют низкие температуры вплоть до 0,08К-

Связь между плотностью прозрачного вещества и его темпера­ турой служит основой оптического интерференционного метода. Свет от источника разделяют на два когерентных луча, один из которых проходит через изотермическую среду с известной темпе-

222