Пирометры

Пирометры (от греч. pýr - огонь и... метр), приборы для измерения температуры непрозрачных тел по их излучению в оптической диапазоне спектра. Тело, температуру которого определяют при помощи П., должно находиться в тепловом равновесии и обладать коэффициентом поглощения, близким к единице (см. Пирометрия). Распространены яркостные, цветовые и радиационные П. Основным типом является яркостный П., обеспечивающий наибольшую точность измерений температуры в диапазоне 10³-10⁴ К. В простейшем визуальном яркостном П. с исчезающей нитью (рис. 1) объектив фокусирует изображение исследуемого тела на плоскость, в которой расположена нить (ленточка) эталонной лампы накаливания. Через окуляр и красный фильтр, позволяющий выделять узкую спектральную область около длины волны l_э = 0,65 мкм, нить рассматривают на фоне изображения тела и, изменяя ток накала нити, добиваются выравнивания яркостей нити и тела (нить в этот момент становится неразличимой). Шкала прибора, регистрирующего ток накала, прокалибрована обычно в ?С или К, и в момент выравнивания яркостей прибор показывает так называемую яркостную температуру (T_b) тела. Истинная температура тела Т определяется на основе законов теплового излучения Кирхгофа и Планка по формуле:

Т = TbC2/(C₂ + l _эТь Ina_l,T), (1)

где C₂ = 0,014388 м ×К, a_{l, T} - коэффициент поглощения тела, l _э - эффективная длина волны П.

Точность результата в первую очередь зависит от строгости выполнения условий пирометрия, измерений (a_{l, T} " 1 и др.). В связи с этим наблюдаемой поверхности придают форму полости. Основная инструментальная погрешность обусловлена нестабильностью температурной лампы. Заметную погрешность могут вносить также индивидуальные особенности глаза наблюдателя. У фотоэлектрических П. (рис. 2) этот вид погрешности отсутствует. Погрешность образцовых лабораторных фотоэлектрических П. не превышает сотых долей градуса при Т = 1000 ?С. Промышленные серийные фотоэлектрические П. обладают на порядок большей погрешностью, визуальные - ещё на порядок большей. Образцовые яркостные П. приняты в качестве основных интерполяционных приборов, определяющих Международную практическую температурную шкалу (МПТШ-68) при температурах выше точки затвердевания золота (1064,43 ?С).
Для измерения температуры тел, у которых a " const в оптическом диапазоне спектра, применяют цветовые П. Этими П. определяют отношение яркостей обычно в синей и красной областях спектра b₁(l₁, T)/b₂(l₂, T) (например, для длин волн l₁ = 0,48 мкм и l₂ = 0,60 мкм). Шкала прибора прокалибрована в ?С и показывает цветовую температуру T_c. Истинная температура Т тела определяется по формуле
.(2)
Цветовые П. менее точны, менее чувствительны и более сложны, чем яркостные; применяются в том же диапазоне температур.
Наиболее чувствительны (но и наименее точны) радиационные П., или П. суммарного излучения, регистрирующие полное излучение тела. Действие их основано на Стефана - Больцмана законе излучения и Кирхгофа законе излучения. Объектив радиационных П. фокусирует наблюдаемое излучение на приёмник (обычно термостолбик или болометр), сигнал которого регистрируется прибором, прокалиброванным по излучению абсолютно чёрного тела и показывающим радиационную температуру T_r. Истинная температура определяется по формуле
?(3)
где a_T - полный коэффициент поглощения тела. Радиационными П. можно измерять температуру, начиная с 200?С. В промышленности П. широко применяют в системах контроля и управления температурными режимами разнообразных технологических процессов.
Лит.: Рибо Г., Оптическая пирометрия, пер. с франц., М. - Л., 1934; Гордов А. Н., Основы пирометрии, 2 изд., М., 1971.
В. Н. Колесников.