Тепловые методы НК (стр. 2 из 2)
.Для АЧТ=0=1; для серого тела=0<1.
Одним из основных законов теплового излучения является закон Киргоффа
= ,
где -коэффициент поглощения излучения.
Из этого закона следует, что любое тело излучает в тех участках спектра, где оно интенсивно поглощает.
Все реальные физические тела характеризуются также коэффициентом отраженияи коэффициентом пропускания. В общем случае для тела, частично пропускающего и отражающего излучение,
+ + = 1 .
В задачах теплового НК для непрозрачных тел (=0) можно считать, что
==1- .
Последнее соотношение часто используется в оптической пирометрии для определения поправки к измеряемой температуре или компенсации влияния коэффициента излучения на измеряемую температуру.
В пирометрии обычно пользуются тремя условными температурами, отличающимися между собой и от истинной температуры тела на величину поправки, зависящую от излучательной способности этого тела.
Радиационная температура (или температура полного излучения) измеряется радиационным пирометром, у которого преобразователь излучения в электрический сигнал чувствителен в широком диапазоне спектра. Сигнал на выходе этого преобразователя описывается законом Стефана-Больцмана. При этом, радиационной температурой считается такая температура реального объекта, которая равна радиационной температуре АЧТ, обладающего такой же плотностью излучения, как и реальный объект.
Вывод: так как коэффициент полного излучения реальных объектов0 всегда <1, то и радиационная температура реальных объектов Tрвсегда меньше их истинной температуры<TиТ.е., если измеряется температура реального объекта радиационным пирометром, прокалиброванным по эталонному излучению АЧТ, то результат измерения нужно несколько увеличить, чтобы правильно оценить истинную температуру исследуемого реального объекта. Поправочный коэффициент, на который нужно умножить результат измерения радиационной температуры, равен
.Яркостная температура измеряется пирометром излучения в очень узкой полосе спектра с эффективной длиной волны ЭФ и тоже всегда меньше истинной температуры реального объекта. Электрический сигнал на выходе этого пирометра описывается законом Планка.
Цветовая температура (или температура спектральных отношений) определяется по результату отношения спектральных плотностей излучения объекта для различных длин волн. Т.е. это такая температура АЧТ, при которой отношение спектральных плотностей излучения АЧТ на двух участках спектра с эффективными длинами вол 1 и 2 равно отношению спектральных плотностей излучения реального объекта на этих же участках спектра.
Соотношение между цветовой и истинной температурами записывается в следующем виде:
,где L = 12/(1-2).
Из последнего выражения видно, что соотношение между Tцв и Tи может быть различным и зависит от соотношения между и . В частности, если>(как у металлов), то Tцв>TИ, если же < (как у диэлектриков), то Tцв<TИ (это справедливо при2>1, когда L<0).
Для серых объектов, когда= , Tцв=TИ - это является главным преимуществом измерения цветовой температуры серых объектов по их оптическому излучению, а также многих не серых объектов, спектральный коэффициент излучения которых мало изменяется в диапазоне спектра, в котором производятся измерения.
Приборы теплового контроля
Тепловой контроль согласно ГОСТ 23483-79 основан на взаимодействии теплового поля объекта с термометрическими чувствительными элементами (термопарой, фотоприёмником, жидкокристаллическим термоиндикатором и т.д.) и преобразовании параметров поля (интенсивности, температурного градиента и др.) в параметры электрического или другого сигнала и передаче его на регистрирующий прибор.
В зависимости от способа измерения температуры контролируемых объектов с помощью термочувствительных элементов методы и приборы теплового контроля разделяют на два класса: контактные и бесконтактные (табл. 2).
Наиболее распространёнными в настоящее время контактными измерителями температуры, используемыми при оценке тепловых полей, являются: термопары, металлические и полупроводниковые сопротивления, термоиндикаторы.
Термопарами можно измерить температуру лишь в относительно небольшом количестве заранее выбранных точек, и, следовательно, трудно определить области перегрева и локальные зоны резкого изменения тепловых потоков. При измерении температуры микроминиатюрных электронных компонентов устройства, служащие для осуществления теплового контакта термоприёмника с контролируемым микрообъектом, могут сильно исказить его тепловое поле вследствие оттока тепла по термоэлектронам. Термопары и термосопротивления обладают значительной тепловой инерцией, приводящей к появлению динамической погрешности (при измерении быстроменяющихся тепловых полей). Несовершенство контактных методов и трудности реализации этих методов для ряда задач сделали необходимым развитие методов бесконтактного измерения параметров тепловых полей. Методы бесконтактного измерения температуры тел по их тепловому излучению называют методами пирометрии излучения. Средства измерений температуры тел по тепловому излучению принято называть пирометрами излучения (рис.5 - 8). Пирометры применяются для измерения температур в очень широком температурном интервале - от отрицательных температур (-40оС) до 6000оС и выше (рис.9).
Рис. 5. Схемы яркостного визуального пирометра с исчезающей нитью
Рис. 6. Схема яркостного фотоэлектрического пирометра АПИР-С
Рис. 7. Схема пирометра спектральных отношений
В современной практике теплового контроля кроме пирометров излучения, позволяющих измерять температуру в какой-либо одной точке контролируемого объекта, используются приборы, позволяющие исследовать тепловые распределения одновременно по всей поверхности этого объекта. Такие приборы называют тепловизорами. В основе работы всех приборов бесконтактной пирометрии лежат законы теплового излучения.
Рис. 9. Диапазон температур, регистрируемых контактными и бесконтактными приборами теплового контроля
ЛИТЕРАТУРА
1. Давыдов П. С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. - М.:Радио и связь, 2000. - 256 с.
2. Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов.-М.: Высшая школа, 2002. - 368 с.
3. Технические средства диагностирования: Справочник / Под общ. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 2005. - 672 с.
4. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. - Справочник. В 2-х кн./ Под ред. В.В.Клюева - М.: Машиностроение, 2006.
5. Ж.Госсорг. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. – М. Мир, 2005. – 416 с.