Короткий екскурс в історію створення пірометрів

Магазин Gtest® пропонує широку номенклатуру пірометрів. Посилання на відповідну сторінку сайту Магазину наводиться наприкінці цього Розділу. Крім того, наводиться перелік рекомендованих приладів + статті для подальшого самоосвіти в цій галузі

Пірометр - це тип термометра, який використовується для вимірювання високих температур. Історично існували різні форми пірометрів. У сучасному використанні це безконтактний пристрій, який уловлює та вимірює теплове випромінювання, процес, відомий як пірометрія. Теплове випромінювання може використовуватися визначення температури поверхні об'єкта.

Слово пірометр походить від грецького слова "вогонь", "πυρ" (pyro), і "метр", що означає вимірювати. Слово пірометр спочатку було придумано для позначення пристрою, здатного вимірювати температуру об'єкта за його накалом або світлом, що випускається тілом через його високу температуру

Ви можете відчути вогонь на деякій відстані, тому що він випромінює теплове випромінювання у всіх напрямках. Теоретично, якщо вогонь поводиться точно відповідно до законів фізики, то випромінювання, що виробляється ним, пов'язане з його температурою дуже передбачуваним чином. Тому, якщо ви можете виміряти випромінювання, ви можете точно виміряти температуру, навіть якщо ви стоїте на певній відстані. Саме на цій теорії заснований пірометр: дуже точний термометр, який вимірює температуру об'єкта теплового випромінювання, яке він випускає.

ІСТОРІЯ ПІРОМЕТРУ

Сучасні пірометри стали доступні, коли в 1901 Л. Холборн і Ф. Курлбаум побудували перший пірометр з т.зв. ниткою, що зникає. Цей пристрій накладав тонку нагріту нитку на вимірюваний об'єкт і вимірювання базувалися на око оператора, щоб виявити, коли нитка зникала. Потім температура об'єкта зчитувалася зі шкали на пірометрі. Температура, що відображається пірометром з ниткою, що зникає, та іншими його типами, званими пірометрами яскравості, залежить від випромінювальної здатності об'єкта. З більш широким використанням пірометрів яскравості стало очевидним, що існують проблеми з опорою на знання значення випромінювальної здатності.

Було виявлено, що випромінювальна здатність змінюється, часто радикально, залежно від шорсткості поверхні, об'єму та складу поверхні та навіть самої температури. Щоб обійти ці труднощі, було розроблено пірометр відносини або двоколірний пірометр. Береться до уваги той факт, що закон Планка, який пов'язує температуру з інтенсивністю випромінювання, що випускається на окремих довжинах хвиль, може бути вирішений для температури, за умови, якщо затвердження Планка про інтенсивність двох різних довжин хвиль розділити. Це рішення передбачає, що випромінювальна здатність однакова на обох довжинах хвиль і скорочується при розподілі.

Це відоме як припущення сірого тіла. Пірометри, по суті, є двома вимірниками яскравості одного приладі.

Принципи роботи пірометрів були розроблені у 1920-х та 1930-х роках, і вони стали комерційно доступними у 1939 році. Коли пірометр став популярним у використанні, було встановлено, що багато матеріалів, прикладом яких є метали, не мають однакової випромінювальної здатності на двох довжинах хвиль. Для цих матеріалів випромінювальна здатність не скорочується і вимірювання температури є помилковим. Величина помилки залежить від випромінювальної здатності та довжин хвиль, на яких проводяться виміри.

Пірометри з двоколірним ставленням не можуть визначити, чи випромінювальна здатність матеріалу залежить від довжини хвилі.

ТИПИ ПІРОМЕТРІВ

1. Широкосмуговий пірометр

Широкосмуговий пірометр - один з пірометрів, що найбільш часто використовуються вченими. Широкосмуговий пірометр реєструє широкосмугові довжини хвиль випромінювання, зазвичай, близько 0,3 мікрон. Хоча вони використовуються найчастіше, вони можуть мати великі похибки у показаннях. Оскільки вони реєструють лише невелику кількість тепла від об'єкта, все від водяної пари до пилу може створювати помилку показань.

Оптичні пірометри

Хоча всі пірометри оптичні в тому сенсі, що вони можуть зчитувати тепло об'єкта на відстані, оптичний пірометр дозволяє вченому бачити тепло. Оптичний пірометр вимірює інфрачервоні довжини хвиль тепла і показує користувачу розподіл тепла об'єкта. Інші пірометри зазвичай мають екран, який дає результати оптичного сканування.

Оптичний пірометр нагадує телескоп, у якому вчені можуть дивитися через лінзу і бачити інфрачервоні довжини хвиль об'єкта. Оптичні пірометри є одним із найстаріших типів пірометрів і здатні бачити рівні довжин хвиль до 0,65 мікрона.

Як працюють оптичні пірометри

Оптичні пірометри працюють за основним принципом функції ока для зіставлення яскравості гарячого об'єкта з яскравістю каліброваної нитки лампи всередині приладу. Оптична система містить фільтри, які обмежують чутливість довжини хвилі пристроїв вузькою смугою довжин хвиль близько 0,65-0,66 мікрона (червона область видимого спектру).

Інші фільтри знижують інтенсивність, тому один прилад може мати відносно широкий діапазон температур. Зайве говорити, що, обмежуючи реакцію довжини хвилі пристрою червоною областю видимого спектру, його можна використовувати тільки для вимірювання об'єктів, які є достатньо гарячими, щоб бути розжареними або світними. Це обмежує нижню межу діапазону вимірювання температури цих пристроїв приблизно до 700 °C. Деякі експериментальні пристрої були побудовані з використанням підсилювачів світла для розширення діапазону вниз, але пристрої стають досить громіздкими, тендітними та дорогими.

2. Радіаційний пірометр

Радіаційний пірометр вимірює чисту довжину хвиль випромінювання. Пристрій має оптичний сканер, який може бачити від 0,7 до 20 мікрон в діапазоні довжин хвиль загальному діапазоні для радіоактивного тепла. Оптичний сканер допомагає вченим вимірювати рівні радіації, не підносячи пірометр до об'єкта, що може наражати людину на небезпеку радіаційного опромінення.

Як працює радіаційний піромір

Концепція радіаційного пірометра полягає в тому, що температура вимірюється за допомогою природного теплового випромінювання, що випромінюється тілом. Відомо, що це тепло є функцією його температури. Згідно з функціями пристрою, спосіб вимірювання тепла можна звести до двох:

1. Пірометр повного випромінювання. У цьому методі загальне тепло, що випромінюється гарячим джерелом, вимірюється на всіх довжинах хвиль.

2. Селективний радіаційний пірометр. У цьому методі тепло, що випромінюється гарячим джерелом, вимірюється на заданій довжині хвилі.

Як показано на малюнку нижче, радіаційний пірометр має оптичну систему, що включає лінзу, дзеркало та регульований окуляр. Теплова енергія, що випромінюється гарячим тілом, передається на оптичну лінзу, яка збирає її та фокусується на детекторі за допомогою дзеркала та окуляра. Детектор може бути або термістором, або фото трубками помножувальних. Хоча останній відомий швидшим виявленням об'єктів, що швидко рухаються, перший може використовуватися для дрібномасштабних додатків. Таким чином, теплова енергія перетворюється детектором на відповідний електричний сигнал і відправляється на вихідний пристрій відображення температури.

Зображення: Радіаційний пірометр. Блок-діаграма

ХТО ВИНАХОВ ПЕРШИЙ ПІРОМЕТР?

Задовго до винаходу нитки розжарювання, що зникає, і електронних пірометрів гончарям потрібно було вимірювати температуру своїх печей, щоб переконатися, що їх глиняні горщики будуть правильно обпалюватися. Тому не дивно, що перший пірометр був винайдений великим англійським гончаром Джозайєю Веджвудом (1730-1795) десь наприкінці 1770-х або на початку 1780-х років. Тепер Веджвуд знав, що порцеляна стискається при випаленні, і величина усадки залежить від температури печі, тому він зрозумів, що може легко виміряти температуру печі, поміщаючи всередину шматки фарфору та вимірюючи, наскільки вони стиснулися. (Збереглася фотографія фарфорового пірометра Веджвуда з фото бібліотеки «Наука та суспільство».)

У ті дні гончарна справа була надзвичайно важливою галуззю промисловості в Британії, і цей винахід приніс Веджвуду членство в Королівському суспільстві (FRS) — одну з найпрестижніших наукових нагород Англії — 1783 року. Але є деякі сумніви щодо того, чи заслужив він цю нагороду: наприклад, у книзі 1837 року під назвою «Хімія декількох природних і штучних гетерогенних сполук, що використовуються при виробництві порцеляни, скла та кераміки» доктор Сімеон Шоу припускає, що ідея насправді могла належати Тоу принаймні ще одна книга, яку Автор знайшов із початку 19 століття (Популярна енциклопедія сера Д. К. Сендфорда, 1836) також приписує цю ідею Мессі.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник пірометрів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/pirometry