Разделы сайта

Оптическая пирометрия

В настоящее время метод оптической пирометрии является одним из наиболее развитых и используется в устройствах регистрации температуры различных сред [19-21]. Метод оптической пирометрии положен в основу многих приборов [22], например, оптических пирометров, сканирующих пирометров, тепловизоров, анализаторов температурного поля и т.д. В основе метода оптической пирометрии лежит свойство веществ при температуре Т > 0 К вследствие тепловых колебаний атомов и молекул испускать тепловое излучение [23]. Энергия теплового излучения Wλ на длине волны λ, испускаемая черным телом при температуре Т, выражается формулой Планка (в единицах Вт·м-3·ср-1)

Wλ = c1λ-5{exp[c2/(λT)]-1}-1, (1.1)

где с1 и с2 - постоянные коэффициенты.

Суммарная энергия излучения (Вт/м2) получается путем интегрирования вышеприведенного выражения по всем длинам волн:

, (1.2)

где σ = 5,7 ∙10-8 Вт · м-2∙К-4 - постоянная Стефана-Больцмана.

Между λm и Т существует зависимость, выражающая собой закон смешения Вина:

λm Т = 2,9∙10-3 мК (1.3)

Таким образом, из формул (1.1) и (1.2) на фиксированной длине волны λm можно определить температуру.

Особенностью метода оптической пирометрии является необходимость выбора компонентов в зависимости от температурного диапазона. Обычно для температур выше 600 0С в качестве детектора применяются кремниевые элементы, а для температур ниже 600 °С - элементы на основе германия, соединения PbS и т.д. Диапазон прозрачности оптического волокна из кварцевого стекла 0,4 . 2,0 мкм, поэтому область измеряемых температур для волоконно-оптического измерителя излучения простирается примерно от +300 до +2000 0С. Например, в работе [24] описан пирометрический волоконно-оптический датчик температуры, предназначенный для измерения температуры внутри ядерных реакторов. Авторами показано, что датчик имеет достаточно хорошую чувствительность в температурном диапазоне от +250 до +800 °С. Для регистрации более низких температур необходимо применение специальных источников и приемников излучения, работающих в этой области длин волн, а также специальных оптических волокон, прозрачных для инфракрасных лучей, с длиной волны 2 мкм и более. Например, в волоконно-оптических пирометрических датчиках температуры, выпускаемых фирмой Соnах, США, используется сапфировое оптическое волокно.

В связи с вышесказанным можно сделать вывод о том, что использование метода оптической пирометрии для измерения +300 0С затруднительно.

Самое читаемое:

Разработка микроконтроллерного устройства стабилизации температуры
Эффективная организация контроля информации приобретает всё большее практическое значение, прежде всего как условие успешной практической деятельности людей. Объем информации, необходимой для нормального функционирования современного общества, растёт из года в год. На сегодняшний день складывается ситуация, в которой наряду с самой ...