АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО
АЧТ для калибровки пирометров, тепловизоров, спектральных радиометров и спектрографических анализаторов
Как связаны абсолютно чёрное тело и тепловизор?
Абсолютно чёрное тело — это объект, который поглощает всё направленное на него э/м излучение и ничего не отражает. Не стоит опираться на само название, чтобы определить цвет тела. Оно испускает широкий диапазон э/м волн. Из-за их различных параметров тело может оказаться не чёрного цвета, а золотистого, алого и других цветов. Название этому объекту в 1862 году дал Г. Кирхгоф.
Абсолютно чёрное тело используют при таких задачах, как калибровка и поверка пирометров, тепловизоров, ИК-камер, калибровка спектральных радиометров и спектрографических анализаторов.
Тепловое излучение тел является одним из источников информации о температуре этих тел и может быть использовано для его измерения. Раздел температурных измерений, который изучает методы и средства измерения температуры тел по их тепловому излучению, называется пирометрия. Приборы, измеряющие температуру бесконтактным методом по тепловому излучению, называются пирометрами и тепловизорами.
По принципу измерения пирометры бывают: монохроматические, полного излучения, частичного излучения и спектрального отношения. Градуировка монохроматических пирометров, а в некоторых случаях и пирометров спектрального отношения может проводиться по температурным лампам, а остальных типов пирометров и тепловизоров по моделям абсолютно черных тел (АЧТ), причем таких пирометров, выпускаемых в настоящее время, абсолютное большинство.
Поэтому применение моделей АЧТ для градуировки пирометров и тепловизоров является актуальным. По конфигурации полости модели АЧТ могут быть сферическими, цилиндрическими, коническими Температурный диапазон моделей АЧТ очень широк — от минус 50?С до плюс 2500?С. От температурного диапазона зависит размер выходного отверстия излучателя (определяется показателем визирования градуируемых пирометров), а также способ нагрева (или охлаждения) модели АЧТ.
Такие модели АЧТ выпускает компания «МЕТРОПИР» по заказам. Все эти модели снабжены высокоточными регуляторами температуры и различными устройствами для автоматизации измерений.
Диапазон рабочих температур |
Оптимальная апертура (диаметр поля зрения) |
Способ нагрева/охлаждения |
Название АЧТ, производимого «МЕТРОПИР». |
от - 30?С до 80?С |
?70..100 мм |
на элементах Пельтье |
ОИ АЧТ «Деметра», «Деметра-М» |
от 50 до 500?С |
?60..70 мм |
печи сопротивления с полостью из Al сплавов с покрытием |
ОИ АЧТ «Медея» |
100?С до 1200?С |
?40..50 мм |
печи сопротивления (в т.ч. на тепловой трубе) |
ОИ АЧТ «Электра», «Электра+» |
800?С до 1500?С |
? 25..30 мм |
нагреватели на электропроводной керамике |
ОИ АЧТ «Гелиос» |
Схема расположения конструктивных элементов излучателя, в зависимости от его модификации, представлена на рисунках 1- 5:
Рисунок 1 - Схема расположения конструктивных элементов ОИ АЧТ «Деметра» и ОИ АЧТ «Деметра-М»
1- радиаторы; 2 - термоэлектрические модули; 3 - коническое дно;
4 - металлический стакан; 5 - чувствительный элемент; 6 - теплоизоляция; 7- корпус
Рисунок 2 - Схема расположения конструктивных элементов ОИ АЧТ «Медея»
1- теплоизоляция; 2 - нагреватель; 3 - металлическая труба;
4 - дно полости излучателя; 5 - чувствительный элемент; 6 – корпус
Рисунок 3 - Схема расположения конструктивных элементов ОИ АЧТ «Электра» и «Электра+»
1 - теплоизоляция; 2 - нагреватель; 3 - труба; 4 - коническое дно; 5 - чувствительный элемент; 6 - металлический стакан; 7- корпус
Рисунок 4 - Схема расположения конструктивных элементов ОИ АЧТ «Гелиос»
1 - токоподводы нагревателя; 2 - металлокерамический нагреватель; 3 - чувствительный элемент; 4 - жаростойкая изоляция; 5 - корпус; 6 - дно полости излучателя
Принцип действия излучателя ОИ АЧТ 50/1500 основан на формировании в полости (на излучающей поверхности) нормированного теплового потока в соответствии с законами излучения Планка и Стефана-Больцмана.
Температура внутри полости излучателя формируется посредством нагрева (охлаждения) при пропускании электрического тока через исполнительный элемент, в качестве которого выступает, в зависимости от модификации, нагревательный резистивный элемент или комплект двухкаскадных термоэлектрических модулей. Измерение текущей температуры осуществляется посредством контактного датчика температуры. В таблице 6 приведены типы применяемых датчиков температуры:
Таблица 6 - Типы датчиков
Модификация |
Датчик температуры |
ОИ АЧТ «Деметра» |
Термометр сопротивления ЭЧП-001 |
ОИ АЧТ «Деметра-М» |
|
ОИ АЧТ «Медея» |
Эталонный термометр сопротивления ЭТС-100 |
ОИ АЧТ «Электра» |
Термоэлектрический преобразователь гр. ППО (S) |
ОИ АЧТ «Электра+» |
|
ОИ АЧТ «Гелиос» |
Термоэлектрический преобразователь гр. ПР 30/6 (B) |
В модификациях ОИ АЧТ «Деметра» и ОИ АЧТ «Деметра-М» для задания и поддержания необходимой температуры теплоносителя применен серийно выпускаемый охладитель воды. В конструкцию излучателя дополнительно включена помпа, которая предназначена для обеспечения циркуляции теплоносителя в системе охлаждения излучателя и индикатор движения жидкости (ИДЖ), информирующий оператора о циркуляции теплоносителя и работоспособности помпы.
Задание температуры теплоносителя осуществляется путем нажатия кнопок для повышения и понижения значения уставки температуры воды, расположенных на передней панели охладителя воды. Там же расположена кнопка «SET» для просмотра и изменения уставки температуры воды. Значение текущей температуры теплоносителя индицируется на дисплее. Более подробно конструкция и работа охладителя воды описана в соответствующем руководстве по эксплуатации.