Устройство радиациного пирометра, и принцип работы

Предмет: Физика
Раздел предмета: Тепловые излучения, измерение температуры — пирометрия (раздел термодинамики и оптики)

Устройство и принцип работы радиационного пирометра

Радиационный пирометр — это прибор для бесконтактного измерения температуры объектов по их собственному тепловому (инфракрасному) излучению.

📌 Устройство (по рисунку)

На рисунке изображена схема радиационного пирометра:

Часть (а) — Оптическая схема:

1. Объектив (1) — собирает тепловое излучение от измеряемого объекта.
2. Диафрагма (2) — ограничивает поле зрения прибора, обеспечивая точность измерения.
3. Модулятор (3) — периодически прерывает поток излучения для получения переменного сигнала.
4. Инфракрасный фильтр (4) — пропускает только определённый диапазон длин волн (обычно инфракрасный), отсекая ненужные.
5. Приёмник излучения (5) — преобразует тепловое излучение в электрический сигнал.
6. ИП — Измерительный прибор — регистрирует электрический сигнал и отображает температуру.

Часть (б) — Модулятор:

7. Диск с отверстиями (6) — вращается и периодически пропускает излучение.
8. Контактная система (7) — синхронизирует работу модулятора с приёмником.
9. Электродвигатель (8) — приводит в движение модулятор.

⚙️ Принцип действия

1. Объект излучает тепловое (инфракрасное) излучение, интенсивность которого зависит от его температуры по закону Планка и Стефана-Больцмана.
2. Объектив (1) собирает это излучение и фокусирует его на приёмнике.
3. Модулятор (3) периодически прерывает поток излучения, создавая переменный сигнал, что позволяет точно выделить полезный сигнал от фона.
4. Инфракрасный фильтр (4) пропускает только нужную часть спектра, соответствующую температурному диапазону.
5. Приёмник (5), обычно термопара, болометр или фотодиод, преобразует энергию излучения в электрический сигнал.
6. Измерительный прибор (ИП) усиливает и обрабатывает сигнал, отображая температуру объекта.

📐 Физическая основа

Интенсивность излучения тела описывается законом Планка:

 E(λ, T) = \frac{2\pi hc^2}{\lambda^5} \cdot \frac{1}{e^{\frac{hc}{\lambda kT}} - 1} 

Где:

• λ — длина волны,
• T — температура абсолютная (в Кельвинах),
• h — постоянная Планка,
• c — скорость света,
• k — постоянная Больцмана.

Также используется закон Стефана-Больцмана:

 E = \sigma T^4 

Где σ — постоянная Стефана-Больцмана.

✅ Преимущества радиационного пирометра:

• Бесконтактное измерение (подходит для движущихся или труднодоступных объектов).
• Быстрое измерение (в доли секунды).
• Высокая температура измерения (до нескольких тысяч °C).

Если нужно, могу пояснить принцип работы конкретного типа приёмника (например, болометра или термопары).