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.

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.

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.

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.

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.

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)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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).