Pirometry

-

Najprostszym sposobem bezstykowego określenia temperatury ciała promieniującego jest

ocena temperatury nieuzbrojonym okiem wg barw.

Pirometry należą do grupy bezstykowych przyrządów do mierzenia temperatury ciał, wykorzystując
ich promieniowanie temperaturowe. Pomiar odbywa się na odległość, więc temperatura ciała nie ulega
zmianie. Zakres promieniowania temperaturowego w pirometrach zawiera się w granicach 0,4-20



m i

leży w zakresie promieniowania widzialnego i podczerwonego.
Podstawowe części każdego pirometru:
-układ optyczny, skupiający promieniowanie na obiektywie
– detektor promieniowania (termiczny, fotoelektryczny lub oko)
- układ przetwarzający sygnał
– wskaźnik mierzonej wielkości

Pirometry dzielimy na: pirometry całkowitego promieniowania zwane pirometrami radiacyjnymi /
pirometry pasmowe, wykorzystujące pewne pasmo promieniowania najczęściej pirometrami
fotoelektrycznymi/ pirometry monochromatyczne, pracujące przy jednej długości fali z detektorem
fotoelektrycznym, lub z okiem ludzkim ( pirometry luminescencyjne lub z znikającym włóknem)
/pirometry dwubarwne (stosunkowe), w których natężenie promieniowania wysyłanego 2-ch różnych
długościach fal jest porównywane z detektorem fotoelektrycznym lub okiem ludzkim. Gdy strumień
świetlny pada na ciało, cześć promieniowania zostaje pochłonięte, częśc odbite i część przepuszczone

Prawo Kirchoffa - stwierdza, ze dla wszystkich ciał w danej temperaturze i dla danej długości fali
monochromatycznej współczynnik pochłaniania A



równy jest emisyjności monochromatyczne E



.

Znajomość emisyjności całkowitej i emisyjności monochromatycznej materiałów jest konieczna,
przy pirometrycznym pomiarze temperatury, gdyż umożliwia obliczenie poprawek do wskazań
temp.W celu umożliwienia porównania własności różnych materiałów od stanu ich powierzchni
stosowane jest również pojęcie emisyjności właściwej. Emisyjność, E’, lub E



’, to emisyjność

wyznaczana w kierunku prostopadłym do płaskiej, polerowanej i dostatecznie grubej powierzchni tak,
by była ona niesprężysta. Emisyjność powierzchni chropowatych, żłobkowych są wyższe jak
emisyjność właściwe tych materiałów.

Prawo Kierunkowe Lamberta - podaje zależność natężenia promieniowania wysyłanego przez ciało
doskonale czarne w zależności od kąta rozsyłu

Światłość - (natężenie światła) jest to strumień światłą wysyłany w danym kierunku w jednostkę kąta
bryłowego.

Luminescencja L lub jaskrawość wyraża gęstośc powierzchniową w danym kierunku L=dJ/dFcos



.

Pirometry radiacyjne - (zwane także pirometrami całkowitego promieniowania) w tych pirometrach
promieniowanie temperaturowe wysyłane przez ciało, którego temperatura jest mierzona, jest
skupione za pomocą soczewki zwierciadła lub świetlówki na detektorze promieniowania. Wskazania
pirometru radiacyjnego z pirometrem zależne są od różnicy temperatury spoiny pomiarowej Tp i temp.
Odniesienia, która jest równa temp, obudowy pirometru. Pirometry e są tak skonstruowane, aby
oddawanie ciepła rzez termoelement do obudowy było b. Małe. Warunkiem prawidłowego pomiaru
jest, aby całą płytka detektora była dobrze oświetlona. Z uwagi, ze powietrze nie pochłania
promieniowania, nie ma większego wpływu na wynik pomiaru. W przypadku ciała szarego należy
uwzględnić poprawkę



Tp do wskazań pirometru, którą można pokreślić ze wzoru. W praktyce przy

pomiarze ciał nieczarnych pirometrami radiacyjnymi można postępować następująco
1)stwarza się warunki, by pomiar był zbliżony do pomiaru ciała czarnego ( np. badane ciało jest w
piecu)
2) Rezygnuje się z pomiaru rzeczywistej temperatury danego ciała w przypadku gdy w jednakowych
warunkach procesu dokonuje się pomiaru innym dokładniejszym przyrządem i wówczas uwzględnia
się odpowiednią poprawkę.

Zakresu pomiarowego uzyskuje się przez zastosowanie filtrów szarych, które są przesuwne, a
pirometr ma dwie podziałki a) jedną podstawową dla niższego zakresu pomiarowego b) drugą dla
wyższego zakresu pomiarowego ważną po wsunięciu filtru.

Pirometry fotoelektryczne - Pirometry radiacyjne maja dużą bezwładność cieplną, co uniemożliwia
pomiar szybkozmiennych temperatur, a co można uzyskać za pomocą pirometrów fotoelektrycznych.
Zasada działania polega na pomiarze sygnału elektrycznego, wytwarzanego w fotoelementach, na
których skupione jest promieniowanie temperaturowe (cieplne) wysyłane przez ciało badane
Rozróżnia się pirometry – Monochromatyczne o bardzo wąskim paśmie wykorzystywanego
promieniowania – pasmowe, wykorzystujące szersze pasmo promieniowania

Detektory Promieniowania –
f)otoprzewodzące
b) fotowoltaiczne
c) fotoemisyjne
a
na podłożu szklanym. Ich rezystancja zmienia się po naświetleniu – elektrony przechodzą do pasma
przewodnictwa z pasma podstawowego. Wielkość prądu płynącego zależy od zaadsorbowanego
promieniowania
b) zwane także fotoogniwami, lub fotodetektorami warstwowymi. Między dwoma warstwami
metalowymi pod wpływem naświetlania powstaje różnica potencjałów proporcjonalna do
promieniowania padającego. Stosowane są detektory: Se, Si,InSb,InAs
c) Detektory fotoemisyjne – wykorzystuje się zjawisko emisji elektronów z powierzchni metalicznej
fotoelektrody na którą pada promieniowanie podczerwone. Fotokatoda i anoda znajdują się w bańce
szklanej próżniowej lub wypełnionej gazem obojętnym. Przy przyłożonym stałym napięciu między
katodę i anodą prąd płynący jest funkcją natężenia promieniowania.

Pirometry dwubarwowe – zasada działania polega na pomiarze stosunku wartości natężenia
promieniowania wysyłanego przez ciało badane w dwóch różnych długościach fal. O ile
wykorzystywane długości fal znajdują się w zakresie widzialnej części widma, można mówić o 2
barwach, stąd nazwa pirometru. Nazwa ta przyjęła się również dla pirometrów o analogicznej zasadzie
działania, w których wykorzystywane długości fal leża poza zakresem promieniowania widzialnego,
Pirometry dwubarwowe są wzorowane dla ciał szarych i dają prawidłowe wskazania przy pomiarze
temp. Ciał szarych o czarnych. Najprostszy pirometr składa się z soczewki skupiającej, okularu oraz
filtru 2 barwowego. Najczęściej czerwono –zielonego. Obserwator patrzący przez pirometr na ciało
badane i tak ustawia filtr przesuwny, aby widział on barwę szarą, jaka powstaje z przyjętych dwóch
dopełniających się barw przy równości natężeń promieniowania, podczerwonych przez obserwatora
jako luminescencje monochromatyczne. Ponieważ ze wzrostem temp. Mierzonej zwiększa się udział
promieniowania wysyłanego w barwie zielonej a maleje udział promieniowania w barwie czerwonej,
każdej wartości mierzonej temperatury odpowiada inne położenie filtru. Błąd 20-30 K. Zakres 1200 –
1900

0

[C]

Rejestracja temperatury – potrzeba zapisu temperatury zachodzi w wielu procesach produkcyjnych,
jak np.: - Procesach obróbki cieplnej metali –produkcji półprzewodników – przetwórstwie polimerów
– w produkcji ceramiki Wszędzie tam, gdzie wymagany jest dokładny powtarzalny przebieg
temperatury w funkcji czasu. Rejestrowana temp. W funkcji czasu stanowi często niezbędny
dokument zarówno dla obszaru technicznego jak i dla klienta. W przypadku badań naukowych
przebieg zmian temperatury w funkcji czasu jest często podawaną informacją dla oceny wyników i
możliwości powtórzenia doświadczenia w identycznych warunkach, Istnieje wiele rozwiązań
aparaturowych umożliwiających zapis temp. w czasie. Zapis może się odbywać na taśmie papierowej,
względnie na taśmie papierowe, oraz na taśmie magnetycznej, a także przy współpracy z komputerami
w postaci cyfrowej.