Пирометрия - Особенности процессов инфракрасного и теплового излучения

Пирометрия - (от греч. pyr -- огонь и metreo -- измеряю), совокупность оптических (бесконтактных) методов измерения температуры. Почти все оптических методы основаны на измерении интенсивности теплового излучения тел(иногда -- п глния). Поскольку интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением температуры Т тел, методы П. применяют для измерения относительно высоких температур. При Т 1000°C они играют в целом второстепенную роль, при Т> >1000°С становятся главными, а при T>3000°С -- практически единственными методами измерения Т. Связано это с тем, что методы П. не требуют контакта датчика измеритего прибора с телом, температуpa которого измеряется. Методами П. в промышленных и лабораторных условиях определяют температуру в печах и др. нагревательных установках, температуру расплавленных металлов и изделий из них (проката и т. п.), температуру пламени, нагретых газов, плазмы. Основные усл вие применимости методов П.: излучение тела должно быть чисто тепловым, т. е. оно должно подчиняться Кирхгофа закону излучения. Тв. тела и жидкости при высоких температуpax обычно удовлетворяют этому требованию, в случае же газов и плазмы необходима специальная проверка его выполнения. Так излучение однородного слоя плазмы подчиняется закону Кирхгофа, если распределения молекул, атомов, ионов и электронов плазмы по скоростям соответствуют Максвелла распределению, заселенности возбужденных уровней энергии -- распределению Больцмана, а диссоциация и ионизация определяются законом действующих масс, причем во все эти соотношения входит одно и то же значение Т. Такое состояние плазмы наз. Термически равновесным.

Интенсивность излучения однородной равновесной плазмы однозначно определяется ее химическим составом, давлением, константами и равновесной темп-рой. Если плазма неоднородна, то даже в условиях термического равновесия ее непосредственно наблюдаемое излучение не подчиняется закону Кирхгофа. В этом случае необходимо специальными приемами определить локальные интенсивности излучения. Методы П. плазмы весьма многообразны и сложны. Они являются составной частью диагностики плазмы. Наоборот, для твердых тел и жидкостей, спектр излучения которых сплошной, методы П. довольно просты. В этом случае измерение температуры осуществляют пирометрами, действие которых основано на законах излучения абсолютно черного тела. Обычно в исследуемых телах вытачивают полость с небольшим выходным отверстием. Полость по отношению к попадающему в нее излучению обладает коэфф. поглощения, близким к единице (т. е. по оптическим свойствам близка к абсолютно черному телу). Наиболее универсальны методы П., основанные на измерении интенсивностей спектр. линий. Они обеспечивают максимальную точность, если известны абсолютная вероятность соответствующего энергетического перехода и концентрация атомов данного сорта. Если же концентрация атомов не известна с достаточной точностью, применяют метод относит. интенсивностей, в котором температуру вычисляют по отношению интенсивностей двух (или нескольких) спектр. линий. В др. группе методов П. температура определяется по форме или ширине спектр. линий, которые зависят от температуры либо непосредственно (благодаря Доплера эффекту), либо косвенно (благодаря Штарка эффекту и зависимости плотности плазмы от температуры). В некоторых методах Т определяют по абс. или относительно интенсивности сплошного спектра ("континуума"). Особое значение имеют методы определения Т по спектру рассеянного плазмой излучения лазера, позволяющие исследовать неоднородную плазму. К недостаткам методов П. следует отнести трудоемкость измерений, сложность интерпретации результатов, невысокую точность (напр., погрешности измерений температуры плазмы в лучших случаях составляют 3--10%).

Похожие статьи




Пирометрия - Особенности процессов инфракрасного и теплового излучения

Предыдущая | Следующая