Принцип действия

По мере возрастания температуры любого накаленного тела яркость его свечения увеличивается, а цвет изменяется.

Последнее означает, что с изменением температуры процентное соотношение лучей различных длин волн, испускаемых накаленным телом и определяющих цвет излучения, из­меняется.

Если сравнить различные удельные мощности излучения всегда в одних и тех же монохроматических (т. е. одноцветных) лучах или (что то же самое) в лучах одной и той же длины волны, то эти мощности будут зависеть от температу­ры накаленных тел.

Зависимость между удельной мощностью излучения (мощ­ностью, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени), длиной волны излучения (цветом излучения) и температурой излучателя определяется законом Планка.

Между тем закон Планка полностью справедлив только для так называемого абсолютно черного тела, представляю­щего собой воображаемый идеальный излучатель, развива­ющий наибольшую принципиально возможную при данной температуре мощность излучения.

Мощность излучения всех реальных физических тел по-разному отличается (в зависимости от разных длин волн) от мощности излучения абсолютно черного тела, оставаясь всегда меньше последней при прочих равных условиях.

Поскольку мощность излучения реального тела при ка­кой-то температуре всегда меньше мощности излучения аб­солютно черного тела при той же температуре, то, оценивая температуру по монохроматической яркости, нельзя опреде­лить действительную температуру реального физического тела. Вместо нее всегда определится относительно меньшая, так называемая яркостная температура, до которой надо на­греть абсолютно черное тело для того, чтобы его монохро­матическая яркость была равна соответствующей фактичес­кой яркости реального физического тела.

От яркостной всегда можно перейти расчетным путем к действительной температуре, если только известно отноше­ние монохроматических яркостей данного реального физи­ческого тела и абсолютно черного тела для выбранного цве­та излучения и нужного интервала температуры, т. е. если известен коэффициент монохроматической излучательной способности (так называют указанное соотношение ярко­стей).

Итак, разбираемый оптический метод измерения темпе­ратуры накаленных тел сводится к измерению их монохро­матической яркости.

Так как измерение абсолютного значения яркости пред­ставляется затруднительным, то в оптическом пирометре помещают эталон яркости, для которого заранее способом сравнения с искусственным абсолютно черным телом установлена зависимость яркости от температуры. С яркостью эталона сравнивают яркость тела, температура которого измеряется. В оптическом пирометре с исчезающей нитью таким эталоном служит яркость нити специальной электри­ческой лампы накаливания, именуемой пирометрической (или фотометрической) лампой.

Оптическая система пирометра позволяет рассматривать нить лампы на фоне изображения накаленного тела. Доводя яркость нити изменением тока накала до совпадения с ярко­стью накаленного тела, можно утверждать, что раз равны монохроматические яркости, то равны и температуры. А так как температура эталона всегда известна, то известна и из­меряемая яркостная температура тела.

Момент достижения равенства монохроматических ярко­стей определяется на глаз с большой точностью, поскольку человеческий глаз является исключительно чувствительным нулевым индикатором контрастности излучения светящих­ся тел.

Достижение равенства яркостей, называемое фотометрическим равновесием, воспринимается наблюдателем как исчезновение нити лампы на фоне изображения тела. По достижении фотометрического равновесия отсчитывается яркостная температура объекта измерения. Эту температуру отсчи­тывают по шкале прибора, градуированной в градусах температуры.

Рис. 16.3.

Рис. 16.4.

Оптический пирометр с исчезающей нитью состоит из зрительной трубы О₂, в фокусе которой находится эталонная лампочка накаливания H (рис. 16.4). Зрительная труба наводится на источник излучения (раскаленную нихромовую проволоку). При помощи линзы L₁ изображение проволоки сводится в плоскость нити лампы так, чтобы пластинка и нить лампочки были видны одинаково четко. Вторая линза L₂ дает увеличенное изображение нити лампочки и поверхности раскаленной проволоки.

Накал нити пирометра регулируется реостатом путем поворота шайбы пирометра 5 (рис. 16.3). Накал нити лампы должен быть отрегулирован так, чтобы верхняя часть нити исчезла на фоне раскаленной проволоки. В этом случае температуры нити лампочки и раскаленной проволоки будут одинаковы.

Внутри зрительной трубы помещены два светофильтра: красный и дымчатый.

При измерении температур в интервале 800-1200° С пользуются красным светофильтром (l=0, 65 мкм), в интервале 1400-2000° С – дымчатым.

Красный светофильтр вводится путем поворота диска 4, который входит в окуляр зрительной трубы пирометра, а дымчатый
светофильтр – путем поворота винта 2 на корпусе прибора.

Температура раскаленной нити определяется по гальванометру, проградуированному в градусах Цельсия. Шкала 3 расположена на передней части пирометра и состоит из двух частей: верхней и нижней.

При пользовании красным светофильтром температуру определяют по нижней шкале. Если светофильтр не применяют или пользуются дымчатым светофильтром, то температуру устанавливают по верхней шкале.

Температуру окружающей среды определяют по термометру, силу тока и напряжение - по показаниям амперметра и вольтметра. В работе применяется амперметр переменного тока до 30 А и вольтметр переменного тока до 1, 5 В. Для нагревания нихромовой проволоки ее включают в цепь переменного тока.

Изменяя реохордом ЛАТРа ток в цепи проволоки, получают различную степень ее нагретости.