1.10. Радиационные термометры. Радиационные термометры являются пассивными локаторами. Они основаны на законах теплового излучения. Рис.1.10.1. Спектр. - презентация

1 1.10. Радиационные термометры. Радиационные термометры являются пассивными локаторами. Они основаны на законах теплового излучения. Рис Спектр излучения абсолютно черных тел. T1 T1, м E, дж/м 2 с м m T2 T2 T3 T3 T 1 < T 2 < T 3 1. Закон Вина (закон смещения максимума излучения в коротковолновую часть спектра). (1.10.1). - длина волны, соответствующая максимуму излучения.

2 1.10. Радиационные термометры. T1 T1, м E, дж/м 2 с м m T2 T2 T3 T3 T 1 < T 2 < T 3 2. Закон Стефана-Больцмана (закон зависимости интегрального излучения от температуры). (1.10.2). - излучение тела на длине волны, - коэффициент Стефана-Больцмана, - коэффициент серости.

3 1.10. Радиационные термометры. T1 T1, м E, дж/м 2 с м m T2 T2 T3 T3 T 1 < T 2 < T 3 - где А, В и С - константы. 2. Закон Планка (закон зависимости от температуры). (1.10.3). На основании этих трех законов можно предложить три вида радиационных термометров.

4 1.10. Радиационные термометры. 1. Термометр максимального излучения. Основан на законе Вина, измеряемая характеристика - величина m. 2. Термометр интегрального излучения. Основан на законе Стефана-Больцмана, измеряемая характеристика - величина E. 3. Термометр селективного излучения. Основан на законе Планка, измеряемая характеристика - величина E λ.

5 1.10. Радиационные термометры. Относительная чувствительность прибора – это отношение абсолютной чувствительности к выходной величине прибора. Сравним все три термометра по их относительной чувствительности. (1.10.4) Применим это определение ко всем предложенным термометрам.

6 1.10. Радиационные термометры. Относительная чувствительность термометра максимального излучения: Относительная чувствительность термометра интегрального излучения: Относительная чувствительность термометра селективного излучения: (1.10.5) (1.10.6) (1.10.7)

7 1.10. Радиационные термометры. Подставив константы, заметим, что селективные термометры – самые чувствительные. T1 T1, м E, дж/м 2 с м m T2 T2 T3 T3 T 1 < T 2 < T 3 При температурах ~ 300 К максимум излучения приходится на инфракрасный диапазон. Поэтому селективные термометры применяемые в метеорологии работают в ИК диапазоне.

8 1.10. Радиационные термометры. Достоинства радиационных термометров: 1. Возможность бесконтактного измерения температуры далеких объектов. 2. Полное отсутствие тепловой инерции. Недостатки радиационных термометров: 1. Сложность изготовления и высокая стоимость.

9 1.10. Радиационные термометры. Приемники излучения, используемые в радиационных термометрах. 1. Зачерненный спай термопары. 2. Зачерненный терморезистор (болометр). 3. Фоторезистор. Сопротивление фоторезистора уменьшается при облучении светом. Кванты света сообщают энергию атомам, электроны переходят в зону проводимости, сопротивление уменьшается.

10 1.10. Радиационные термометры. 4. Вакуумный фотоэлемент. Рис Вакуумный фотоэлемент. выход + R Кванты света сообщают энергию электронам на катоде. Они покидают катод и летят к аноду. Напряжение на аноде падает (рис ). Период облучения U τ ΔUΔU Рис Падение напряжения ΔU есть мера поступившего излучения.

11 1.10. Радиационные термометры. 4. Вакуумный фотоумножитель. Выбитые с катода электроны летят к диноду. Динод имеет промежуточное напряжение. Каждый электрон выбивает с динода несколько электронов. Они летят к следующему диноду и т.д. На катод поступает целая лавина электронов. R1R1 выход Рис Вакуумный фотоумножитель. + R2R2 R3R3 R4R4 Фотоумножитель обладает гораздо большей чувствительностью, чем фотоэлемент. Его чувствительность зависит от количества динодов и от напряжения питания.

12 1.10. Радиационные термометры. Датчик излучения (например, ФЭУ) помещают в фокус объектива О и направляют его на исследуемый объект (Рис ). ФЭУ О Рис Однако на ФЭУ попадает излучение от близлежащих предметов – стенок прибора, объектива и пр. Чтобы избавиться от этого паразитного сигнала, полезный сигнал подвергают модуляции.

13 1.10. Радиационные термометры. Модуляция – это прерывание сигнала с заранее заданной частотой с последующим выделением электрического сигнала с помощью электрического фильтра. Модулировать сигнал можно с помощью вращающегося диска-модулятора (Рис ). Рис Диск-модулятор Объектив

14 1.10. Радиационные термометры. Тогда полезный сигнал предстает в виде импульсов на фоне медленно меняющегося паразитного сигнала (Рис а). τ J а) Рис Полезный и паразитный сигналы. τ J б) Амплитуда импульсов выделенного полезного сигнала является мерой температуры объекта (Рис б).