4-маъруза Мавзу: Нурланиш пирометрлари. Спектрал нисбатли ва тўлиқ нурланиш прометрлари. Махсус ҳарорат ўлчаш термометрлари

4-маъруза
Мавзу: Нурланиш пирометрлари. Спектрал нисбатли ва тўлиқ нурланиш прометрлари. Махсус ҳарорат ўлчаш термометрлари.


Режа:
1. Нурланиш асосида температурани ўлчаш ҳақида умумий маълумот.
2. Спектрал нисбатли ва тўлиқ нурланиш пирометрлари.
3. Температурани махсус ўлчаш учун тepмометpлap.

Юқорида кўрилган, температурани ўлчашга мўлжалланган барча термометрлар термометрнинг сезгир элементи билан ўлчанаётган жисм ёки муҳит орасида бевосита контакт бўлишини тақозо этар эди. Шунинг учун температурани ўлчашнинг бундай усуллари баъзан контактли усуллар деб юритилади. Бу усулни қўллашнинг юқори чегараси 1800 – 2200°С. Аммо саноатда ва тадқиқотларда бундан юқори температураларни ҳам ўлчашга тўғри келади. Бундан ташқари, кўпинча, ўлчанаётган жисм ва муҳит билан термометрнинг бевосита кон­такт мумкин бўлмайди. Бундай ҳолларда температурани ўлчашнииг контактсиз воситалари қўлланилади.

Нурланиш пирометрларининг ишлаш принципи қиздирилган жисмнинг иссиқлиги таъсирида ҳосил бўлган нурланиш энергиясини ўлчашга асосланган. Нурланиш пирометрлари 20 дан 6000°С гача бўлган температураларни ўлчашда ишлатилади.
Иссиқлик нурланиши нурланаётган жисм ички энергиясининг электромагнит тўлқинлари тарзида тарқалиш жараёнидан иборат. Бу тўлқинлар бошқа жисмлар томонидан ютилганда улар қайтадан иссиқлик энергиясига айланади. Жисмлар узунлиги λ га тенг бўлган электромагнит тўлқинларни 0 дан ∞ гача бўлган оралиқда тарқатади. Қаттиқ ва суюқ жисмларнинг кўпи нурланишнинг узлуксиз спектрига эга, яъни барча узунликлардаги тўлқинларни тарқатади. Бошқа жисмлар (соф металлар ва газлар) нурланишининг селектив спек­трига эга, яъни улар тўлқинларни спектрнинг маълум участкаларидагина тарқатади. Тўлқин узунлиги λ =0,4 дан λ =0,76 мкм гача бўлган участка кўринадиган спектрга мос келади. Кўринадиган спектрнинг ҳар бир тўлқин узунлиги маъ­лум рангга мос келади.
λ ≈ 0,4 дан λ ≈0,44 мкм гача бўлган тўлқин узунликлари тўқ бинафша рангга, λ ≈ 0,44 дан λ ≈ 0.49 мкм гача – кўк-зангори; 0,49 дан λ ≈ 0,59 мкм гача тўқ ва оч яшил; λ ≈ 0,58 дан λ ≈ 0,63 мкм гача – сариқ – тўқ сариқ; λ ≈ 0,63 дан λ ≈ 0,76 мкм гача – оч ва тўқ қизил рангга мос келади.
λ ≈ 0,76 узунликдаги тўлқинлар кўринмайдиган инфрақизил иссиқлик нурига киради.
Қиздирилган жисм температурасини орттириб борган сари унинг ранги ўзгариб бориши билан спектрал энергетик равшанлик, яъни маълум узунликдаги тўлқинлар (равшанлик) тезда ортади, шунингдек, йиғинди (интеграл) нурланиш сезиларли ортади. Қиздирилган жисмларнинг кўрсатилган хоссаларидан уларнинг температурасини ўлчашда фойдаланилади. Шу хоссаларга қараб, нурланиш пирометрлари квазимонохроматик (оптик), спектрал нисбатли (рангли) ва тўлиқ нурланишли (радиацион) пирометрларга бўлинади.
Назарий жиҳатдан абсолют қора жисмнинг нур чиқариши ҳодисасигина асосланиши мумкин, унда нур чиқариш коэффициенти деб, 1 қабул қилинади. Агар жисм ўзига тушаётган нур энергиясини бутунлай ютса, у жисмни абсолют қора жисм дейилади. Барча реал физик жисмлар ўзига тушаётган нурларнинг бирор қисмини қайтариш қобилиятига эга. Шунинг учун жисмнинг нур чиқариш коэффициенти бирдан кичик, шу билан бирга у маълум жисм табиатига ҳам, унинг сиртқи ҳолатига ҳам боғлиқ. Табиатда абсолют қора жисм йўқ, аммо ўз хоссаларига кўра абсолют қора жисмга яқин бўлган жисм­лар мавжуд. Масалан, қора ғадир-будур бўёқ (нефть қуруми) билан қопланган жисм барча нур энергиясини 96% гача ютади.
Спектрал энергетик равшанлик ва интеграл нурланиш модданинг физик хоссаларига боғлиқ. Шунинг учун пирометрлар шкаласини абсолют қора жисм нурланиши бўйича даражаланади. Температура ортиши билан спектрал энергетик равшанликнинг ортиши турли узунликдаги тўлқинлар учун турлича ва нисбатан унча юқори бўлмаган температуралар соҳасида абсолют қора жисм учун Вин тенгламаси билан тавсифланади:
(4.1)
бунда Е_0λ – λ узунликдаги тўлқин учун абсолют қора жисмнинг спектрал энергетик равшанлиги; T – жисмнинг абсолют температураси; С₁, ва С₂ нурланишнинг қабул қилинган бирликлар системасига боғлиқ бўлган константалари қиймати; h – Планк доимийси; С – ёруғлик тезлиги; С₂ = Nhс/R_г , N – Авогадро доимийси; R_г – универсал газ доимийси; е – натурал логарифм асоси.
Турли узунликдаги тўлқинларнинг спектрал энергетик рав­шанлиги бир хил бўлмагани учун Вин тенгламасини оптик пирометрияда маълум узунликдаги тўлқинлар учун қўлланилади (одатда тўлқин узунлиги 0,65 ёки 0,66 мкм бўлган қизил ранг учун). Вин тенгламасидан тахминан 3000 К гача бўлган температуралар учун фойдаланса бўлади. Ундан ҳам юқорироқ температураларда абсолют қора жисмнинг нурланиши жадаллиги Планк тенгламаси билан характерланади:
(4.2)
Абсолют қора жисмнинг интеграл нурланиши Стефан — Больцман тенгламаси билан тавсифланади:
(4.3)
бунда С₀ – абсолют қора жисмнинг нурланиш доимийси; Т – нурланаётган сиртнинг абсолют температураси, К.
Реал физик жисмлар энергияни абсолют қора жисмга қа­раганда камроқ жадаллик билан нурлантиради. Квазимонохроматик пирометр билан ҳам тўла нурланиш пирометри билан ўлчаш натижасида шартли температура деб аталадиган температурага эга бўлинади. Шартли температурадан (равшанлик температурасидан) ҳақиқий температурага ўтиш учун Вин тенгламасини ўзгартиришдан фойдаланилади.
Физик жисмнинг квазимонохроматик пирометр ёрдамида ўлчанган ёруғлик температураси Т_р бўйича ҳақиқий темпера­тураси Т қиймати қуйидаги тенглама билан ифодаланади:
(4.4)
бунда Т_р – жисмнинг пирометр ёрдамида ўлчанган равшанлик (шартли) температураси, К; λ – тўлқин узунлиги, мкм; С₂ – Вин тенгламаси доимийси; ε_λ – жисмнинг берилган тўлқин узунлиги учун қоралик даражаси.
Реал жисм температураси Т нинг тўлиқ нурланиш пирометри ёрдамида ўлчанган ҳақиқий қиймати қуйидаги формула билан ифодаланади:
(4.5)
бунда Т_ш – тўлиқ нурланиш пирометри билан ўлчанган шартли температура, ε – барча узунликдаги тўлқинлар учун жисмнинг қоралик даражаси.