Платина

α= 3,94·10^-3 °С^-1

R₁₀₀/R₀=1,3850—1,3910

Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от —260 до +1100 °С

Легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления и высокое удельное сопротивление 0,1·10^-6 Ом·м.

Медь

α= 4,26·10^-3 °С^-1

R₁₀₀/R₀=1,4260— 1,4280

Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от —50 до +200°С.

Конструкция термометра с металлическим термопреобразователем сопротивления

1 - тонкая проволока или лента из платины или меди,

2 - каркас из керамики, слюды, кварца, стекла или пластмассы,

3 - тонкостенная алюминиевая гильза,

4 - упругие металлические пластинки,

5 - замкнутый чехол,

6 – штуцер,

7 - изоляционная колодка,

8 - соединительная головка,

9 - изоляционные бусы.

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления применяются для измерения температуры от —100 до 300 °С. В качестве материалов для них используются различные полупроводниковые вещества — оксиды магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия.

Пирометры излучения

В качестве величин, характеризующих тепловое излучение тел, в пирометрии используются:

спектральная энергетическая светимость (интенсивность монохроматического излучения, или излучательность) Е*_λ

полная энергетическая светимость (интегральная излучательность) Е*,

спектральная энергетическая яркость В*_λ (индекс * относится к абсолютно черному телу).

где Е*_λ — спектральная энергетическая светимость — поток испускаемого излучения Ф_изл с единицы поверхности при температуре Т в единичном интервале длин волн dλ (от λ до λ+Δλ), Вт/м²;

здесь Е* — интегральная излучательность — полная энергия излучения единицы поверхности тела при температуре Т в единицу времени для всех длин волн от λ=0 до λ = ∞, Вт/м².

где В*_λ — спектральная энергетическая яркость, представляющая собой спектральную энергетическую светимость, отнесенную к единице телесного угла dω, Вт/(ср·м³).

При измерении температуры яркостными визуальными пирометрами спектральная энергетическая яркость является основной величиной, воспринимаемой глазом человека. Она прямо пропорциональна спектральной энергетической светимости, т. е.

где k_λ — постоянный коэффициент, равный 1/π.

В соответствии с законом Кирхгофа излучательная способность тел пропорциональна их коэффициентам поглощения. Так как коэффициент поглощения α абсолютно черного тела равен единице, то оно обладает максимальной излучательной способностью. Реальные тела при одинаковой температуре имеют различную излучательную способность, оценку которой производят по отношению к излучательной способности абсолютно черного тела:

где ε_λ — коэффициент спектрального излучения (степень черноты монохроматического излучения), являющийся функцией длины волны λ и температуры Т; ε — коэффициент полного излучения (степень черноты полного излучения).

Согласно закону Кирхгофа для всех реальных тел

где α и α_λ — коэффициенты поглощения соответственно полный и монохроматический.

Зависимость между спектральной энергетической светимостью абсолютно черного тела Е*_λ, его температурой Т и длиной волны λ для любых значений λ и Т устанавливается законом Планка:

где с₁ и с₂ —константы (c₁ = 3,7415·10¹⁶ Вт·м²', с₂= 1,4388·10^-2 м·К).

При значениях произведения λТ<2·10^-3 м·К формула Планка может быть с достаточной точностью (погрешность не более 0,1%) заменена формулой Вина:

Для измерения температуры тел по их излучению можно использовать не только излучение определенной длины, но и суммарное излучение на всех длинах волн. Интегральная излучательность Е* в соответствии с (6.64) может быть получена интегрированием уравнения Планка, т. е.

Зависимость, (6.78) выражает закон Стефана — Больцмана, который устанавливает тот факт, что полная мощность излучения абсолютно черного тела Е* пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры Т.

Приборы, измеряющие температуру тела по их интегральной излучательности, называют радиационными пирометрами или пирометрами полного излучения.

С учетом выражений (6.68) и (6.78) для реального тела интегральная излучательность

Значения коэффициента полного излучения ε для различных реальных тел различны и зависят от температуры тела. В этой связи шкалы радиационных пирометров градуируются по черному излучателю, а при измерении температуры реальных тел ввиду того, что Е<Е*, радиационный пирометр дает заниженные показания, соответствующие некоторой условной температуре, называемой радиационной температурой тела.

Радиационной температурой Т_р реального тела, имеющего истинную температуру Т, называют такую температуру черного тела, при которой его интегральная излучательность Е* равна интегральной излучательности реального тела Е.

Средства измерений температуры тел по их тепловому излучению.

Схема визуального оптического пирометра

ОИ - объект измерения,

1 – объектив,

2 - ослабляющий или поглощающий светофильтр,

3 - входная,

4 - оптическая лампа,

5 - выходная диафрагма,

6 - светофильтр,

7 – окуляр,

Б – батарея.

Существующие в настоящее время оптические пирометры предназначены для измерения температур в интервале от 800 до 6000°С и имеют различные модификации с различными пределами измерения. Класс точности оптических пирометров 1,5—4,0.

Схема фотоэлектрического пирометра

1 - регулируемый источник света,

2 - объектив,

3 – диафрагма,

4 - вибрирующая заслонка,

5 - диафрагма,

6 - красный светофильтр,

7 – фотоэлемент,

8 - электронный усилитель,

9 - силовой блок.

Пирометры спектрального отношения, или цветовые пирометры

Схема цветового фотоэлектрического пирометра

1 – объект,

2 - оптическая система,

3 – обтюратор,

4 – фотоэлемент,

5 - предварительный усилитель,

6 - дифференцирующая цепочка,

7 - пик-детектор,

8 - логарифмирующее звено,

9 - амплитудный ограничитель напряжения,

10 – фильтр,

11 - автоматический потенциометр,

12 - синхронный переключатель,

13 – двигатель.

Показания цветового пирометра однозначно связаны с логарифмом отношения спектральных яркостей и, следовательно, с цветовой температурой объекта.

Радиационные пирометры, или пирометры полного излучения

Излучение от объекта 1 концентрируется линзой 2 объектива через диафрагму 3 на рабочих концах термобатареи 4, собранной из ряда последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей Фокусировка телескопа пирометра на объект измерения производится окуляром 7. При высокой температуре объекта для защиты глаза перед окуляром в поле зрения вводят красное стекло 6.

Рис. 6.29. Схема радиационного пирометра рефракторного типа

Рис. 6.30. Схема звездообразной термобатареи

Термобатарея, выполненная из десяти последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей, в качестве которых обычно используются хромель-копелевые термоэлектроды диаметром 60—70 мкм. Плоские рабочие концы 3 преобразователей, зачерненные платиновой чернью, образуют венчик. Свободные концы термоэлектрических преобразователей закреплены с помощью металлических пластин 2 на слюдяном кольце 1. Температура свободных концов преобразователя при градуировке равна (20±2)°С.