Физические основы теплового излучения

Бесконтактные методы теплового контроля основаны на использовании инфракрасного излучения, испускаемого всеми нагретыми телами. Инфракрасное излучение занимает широкий диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Спектр, мощность и пространственные характеристики этого излучения зависят от температуры тела и его излучательной способности, обусловленной, в основном, его материалом и микроструктурными характеристиками излучающей поверхности. Например, шероховатые поверхности излучают сильнее, чем зеркальные. При повышении температуры мощность излучения быстро растет, а ее максимум сдвигается в область более коротких длин волн.

СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Термометры

Эти приборы можно разделить на жидкостные манометрические термометры, термопары, термометры сопротивления, термоиндикаторы.

Действие жидкостных термометров основано на термическом расширении жидкости, заключенной в капилляре термометра.

Наиболее точными являются лабораторные ртутные термометры.

Действие манометрических термометров основано на зависимости между температурой и давлением рабочего вещества (обычно газа), заключенного в замкнутом объеме.

При погружении датчика термометра (термобаллона) в измеряемую среду его рабочее вещество изменяет объем и с помощью чувствительной манометрической пружины перемещает стрелку индикатора.

Газовые манометрические термометры предназначены для измерения температур в пределах от —160 до + 600 °С. Рабочим веществом обычно является азот.

Конденсационные (парожидкоcтные) манометрические термометры работают в диапазоне от —60 до +320 °С. Рабочие вещества — метилхлорид, спирт, этиловый эфир.

Жидкостные манометрические термометры используют для измерений температур в области от —160 до + 320 °С (ртутные от —25 до +600 °С). Рабочая жидкость — ртуть, метаксилол, силиконовые жидкости, металлы с низкой точкой плавления. Длина гибкого капилляра, соединяющего термобаллон с корпусом прибора, может достигать 60 м.

Действие термометров сопротивления основано на изменении электрического сопротивления вещества (металлов и их окислов, солей и т. д.) в зависимости от температуры.

Чувствительный элемент термометра сопротивления (обычно металлическая проволока) закреплен на каркасе из слюды или кварца и помещается в баллон для защиты датчика от окружающей среды. Термометры сопротивления изготовляют из платины (ТСП), меди (ТСМ) или полупроводников. Рабочий интервал температур ТСП от —200 до + 650 °С, ТСМ — от —50 до + 180 °С.

Наиболее чувствительными являются полупроводниковые термометры сопротивления (ММТ-1, КМТ-4). Их изготовляют в форме пластинок и сфер малого диаметра. Как правило, чувствительный элемент остеклован для защиты or влияния среды.

Работа термоэлектрических термометров основана на термоэлектрическом эффекте, возникающем в термопаре. Термопарой или термоэлементом называют цепь из двух разнородных электрических проводников (термоэлектродов), концы которых соединены (сваркой, пайкой и т. п.). При наличии разности температур в местах соединения термоэлектродов в цепи генерируется термо-ЭДС.

Значение ЭДС зависит только от температуры спаев и материала термоэлектродов, но не зависит от диаметра и длины проводников и распределения - температуры по их длине. ЭДС зависит только от температуры ее рабочего конца. Часто рабочие концы помещают в защитные оболочки из фарфора или другого материала.

Основные требования к термопарам определены ГОСТ 6616—74. Различают термопары со стандартными и нестандартными градуировками. Данные некоторых термопар первой группы приведены в табл. 5.

Технические характеристики термопар

К термопарам с нестандартными градуировками относятся медьконстанта-новые, вольфрамрениевые, вольфрам-молибденовые и др. В основном их используют для специальных измерений, например, в диапазоне высоких температур (2500 °С для термопар типа карбид титана—графит).

Преимущества термоэлектрических термометров — линейность в широком диапазоне температур, чувствительность и стабильность показаний, простота измерения. Недостаток – сравнительно большая постоянная времени (1-10 с).