Оптический пирометр

Предмет: Физика
Раздел: Теплотехника / Методы измерения температуры

Рассмотрим два типа пирометров: оптический и радиационный, их принцип действия, способы измерения температуры, достоинства и недостатки.

🔥 1. Оптический пирометр

📌 Принцип действия:

Оптический пирометр работает на основе закона излучения абсолютно чёрного тела. Он измеряет яркость светового излучения объекта в узком спектральном диапазоне (обычно в видимом свете) и сравнивает её с эталонным источником (например, нить накала лампы).

Температура определяется по яркостной температуре — температуре, при которой абсолютно чёрное тело излучало бы такую же яркость, как и измеряемый объект.

Используется закон Планка:

 L(\lambda, T) = \frac{2hc^2}{\lambda^5} \cdot \frac{1}{e^{\frac{hc}{\lambda k T}} - 1} 

где
 L(\lambda, T)  — спектральная плотность излучения,
 \lambda  — длина волны,
 T  — температура,
 h  — постоянная Планка,
 c  — скорость света,
 k  — постоянная Больцмана.

📏 Как измерить температуру:

1. Прибор наводится на раскалённый объект.
2. Регулируется яркость нити накала в пирометре.
3. Когда нить "исчезает" на фоне объекта (яркости совпадают), фиксируется ток через нить.
4. По градуировке определяется температура.

✅ Достоинства:

• Бесконтактное измерение.
• Высокотемпературный диапазон (до 3000°C и выше).
• Простота конструкции.

❌ Недостатки:

• Требуется визуальный контакт с объектом.
• Зависимость от коэффициента излучения поверхности.
• Не подходит для прозрачных или зеркальных тел.

🌈 2. Радиционный пирометр (инфракрасный)

📌 Принцип действия:

Радиционный пирометр измеряет суммарное тепловое излучение объекта в инфракрасном диапазоне (обычно 0.7–20 мкм) и определяет по нему температуру тела.

Используется закон Стефана-Больцмана:

 E = \varepsilon \sigma T^4 

где
 E  — плотность потока излучения,
 \varepsilon  — коэффициент излучательной способности,
 \sigma  — постоянная Стефана-Больцмана,
 T  — абсолютная температура.

📏 Как измерить температуру:

1. Пирометр направляется на объект.
2. Детектор фиксирует инфракрасное излучение.
3. Электронный блок рассчитывает температуру по закону Стефана-Больцмана, учитывая калибровку и  \varepsilon .

✅ Достоинства:

• Не требует контакта с телом.
• Быстрое измерение.
• Можно использовать в закрытых или опасных зонах.

❌ Недостатки:

• Ошибки при неизвестном  \varepsilon .
• Влияние окружающей среды (пыль, пар).
• Менее точен при низких температурах.

📊 Сравнительная таблица:

Если нужно — могу добавить схему устройства или примеры расчётов.