Оптические датчики температуры - Катыс Г.П.

Автор: Катыс Г.П.
Теги: автоматика автоматизация оптические приборы
Год: 1959
Похожие
Неразрушающий контроль и диагностика
Основы метрологии и электрические измерения
Электрические измерения
Теоретические основы технических разведок
Текст
                    БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 6
Г. П. КАТЫ С
ОПТИЧЕСКИЕ
ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА 1959 ЛЕНИНГРАД

Редакционная коллегия: И. В. Антик, С. Н. Вешеневский,
В. С. Кулебакин, А. Д. Смирнов, Б. С. Сотсков, Е. П. Стефани
Н. Н. Шумиловский.
ЭЭ-5/4/-3
В брошюре рассмотрены принципы действия, схемы
и основные технические характеристики различных пиро-
метрических устройств (радиационных, яркостных и цве-
товых пирометров, а также специальных оптических при-
боров), которые могут быть использованы в качестве опти-
ческих датчиков температуры в устройствах автоматиче-
ского контроля и в устройствах автоматического регули-
рования.
Брошюра предназначена для инженерно-технических
работников, занимающихся вопросами автоматического
контроля и регулирования температур, но не имеющих
специальной подготовки в этой области.
, Георгий Петрович Катыс
ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Редактор М. А. Львов
Техн. редактор П.М.Асанов
Сдано в набор 29, V 1959 г.
Подписано к печати 25.VII 1959 г.
Уч.-изд. л. 5,1
Цена 2 р. 80 к. Заказ 321
Тираж 15 ООО экз.
5,74 печ. л.
Типография Госэнергоиздата. Москва, Шлюзовая наб., 10.

ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее Бремя в ряде -областей техники возникла
необходимость автоматического контроля и регулирования
температур объектов, имеющих 'нестационарные тепловые
режимы. Для этих целей применяются как контактные, так
и бесконтактные измерители (датчики) температуры и соот.
ветствующие измерительные схемы. Преимуществом бес-
контактных и, в частности, оптических датчиков темпера-
туры является то, что в них нет непосредственного воздей-
ствия контролируемой среды на чувствительные элементы.
Следствием этого является значительное возрастание дли-
тельности эксплуатации и надежности работы, что имеет
большое значение при использовании таких устройств в ка-
честве датчиков систем автоматического контроля и регу-
лирования. Ввиду того, что в оптических датчиках темпера-
туры применяются в большинстве случаев фотоэлектриче-
ские первичные преобразователи, инерционность таких
устройств значительно меньше, чем у контактньих датчи-
ков. Это также имеет весьма существенное значение при
использовании таких устройств в качестве датчиков систем
автоматического контроля и регулирования.
В данной брошюре рассмотрены 'различные пирометри-
ческие устройства, которые могут быть использованы в ка-
честве оптических датчиков температуры. Рассмотрены ра-
диационные, яркостные и цветовые пирометры, принципы
их действия, (Схемы и основные технические характеристи-
ки. В работе изложены также в сжатой форме основные
вопросы оптической пирометрии, без знания которых не-
возможно рассмотрение оптических датчиков температуры.
В конце брошюры кратко рассмотрены специальные фо-
тоэлектрические устройства, предназначенные для измере-
ния температур высокотемпературных пламен и газовых
сред; принципы действия этих устройств могут быть ис-
3

пользованы при 'создании температурных датчиков некото-
рых объектов.
В «последнем 'параграфе работы рассмотрены сканирую-
щие 'оптические датчики температуры, которые могут быть
использованы на объектах, имеющих нестационарные поля
температур.
Ввиду малого объема брошюры значительная часть ма-
териала изложена в сжато конспективной форме.
Автор выражает глубокую признательность доктору
техн. наук, проф. Б. С. Сотскову и кандид. физ.-матем.
наук, доц. А. Е. Кадышевичу за ряд ценных замечаний,
сделанных ими при просмотре рукописи.
Автор

1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕМПЕРАТУР
В качестве бесконтактных датчиков температуры могут
применяться различные устройства, работающие с исполь-
зованием бесконтактных методов измерения температуры
(оптических, ультразвуковых, радиометрических). В на-
стоящее время наиболее разработанными и вследствие это-
го получившими наибольшее распространение являются
оптические методы измерения температуры.
Оптико-электрические системы применяются для изме-
рения температур как в системах автоматического -контро-
ля, так и в системах автоматического регулирования.
В первом случае измеряемые температуры имеют значи-
тельно более высокую нестационарность во времени (в осо-
бенности при неуправляемых физико-химических процес-
сах). Динамические качества рассматриваемых оптико-
электрических систем имеют важное значение, так как
определяют динамическую точность измерения нестацио-
нарных температур. Ввиду этого правильный выбор соот-
ветствующей структурной схемы измерительного прибора
с учетом динамических качеств отдельных звеньев является
очень важной и ответственной задачей. Однако в настоя-
щее время в большинстве случаев при создании соответ-
ствующей аппаратуры и при ее рассмотрении не учитыва-
ется вопрос динамических качеств измерительных систем.
Это в ряде случаев может привести к тому, что динамиче-
ские погрешности, полученные при измерении быстро ме-
няющихся температур, будут иметь величину, соизмеримую
и даже превышающую методические погрешности изме-
рения.
Весьма существенным 'поэтому является рассмотрение
динамических качеств систем, применяемых для измерения
5

нестационарных температур. Ввиду того, что данный во-
прос не. может быть рассмотрен в отрыве от физических
методов измерения, положенных в основу соответствующих
приборов и определяющих принципы их действия, его рас-
смотрение необходимо начать с краткого обзора оптиче-
ских методов измерения температур.1.
Из всех оптических методов для измерения температу-
ры твердых тел в настоящее время используются радиа-
ционные, яркоетные и цветовые методы.
В радиационном методе на чувствительный элемент по-
ступает (суммарное излучение от исследуемого (объекта.
Точность данного метода сравнительно невысока, но при
измерении температур одних и тех же твердых тел с неиз-
менным распределением энергии по спектру данный метод
может давать удовлетворительные результаты и вследствие
этого радиационные датчики температуры применяются
в систем'ах автоматического контроля и регулирования.
В яр костном методе на фотоэлектрический приемник
поступают излучения ограниченной спектральной полосы,
ввиду чего представляется возможным с достаточной точ-
ностью определить излучательную способность объекта
в данном спектральном диапазоне. Следствием этого явля-
ется значительное повышение точности яр костного метода
относительно точности радиационного метода.
В цветовом методе на фотоэлектрический приемник по-
ступают попеременно излучения двух различных узких
спектральных диапазонов. По соотношению энергии этих
излучений определяется температура объекта. Точность
цветового метода измерения значительно выше точности
яркостного метода. Данный метод находит применение не
только для измерения температур твердых тел, но также
для измерения температур пламен. Верхний предел диапа-
зона температур, измеряемых с помощью цветового мето-
да, может достигать 3000° С (и выше).
При решении некоторых технических задач возникает
необходимость применения датчиков, определяющих тем-
пературы различных видов пламен и высокотемператур-
ных газообразных сред. Контактные методы измерения
температур в большинстве'(случаев оказываются мало при-
1 Более подробно оптические методы измерения температур изло-
жены при рассмотрении соответствующих групп приборов (радиацион-
ных, яркостных, цветовых и т. д.).
6

менимыми для этих целей ввиду малой термостойкости
чуветвител ьных э л ем ен тов. Для on р ед еления те мп ер атур
пламен .находят (применение в основном оптические датчи-
ки. При измерении высокотемпературных газовых сред мо-
жет быть также применен метод, в котором температура
определяется по интенсивности излучения радиоволн. Для
определения температуры несветящихся нагретых газовых
сред и газовых потоков в том случае, когда известны со-
став газа, степень его диссоциации и ионизации, могут
применяться ультразвуковые датчики температуры.
Наиболее разработанными являются оптические методы
определения температур пламен и газовых сред и соответ-
ствующая аппаратура. Оптические методы в зависимости
от свойств измеряемых пламен и высокотемпературных га-
зовых сред 1 могут быть разделены на две группы. К пер-
вой группе относятся методы, предназначенные для изме-
рения температур пламен и газовых сред, излучающих
сплошной спектр в видимой «области. Температура в этом
случае определяется путем измерения монохроматических
яркостей сплошного спектра. Ко второй группе относятся
методы, предназначенные для измерения объектов, имею-
щих линейчатый спектр излучения, и температура опреде-
ляется с помощью измерения излучения спектральных
линий и полос (1—б).
Для измерения температур пламен и газовых сред при-
меняются следующие оптические методы: а) яркостный ме-
тод; б) цветовой метод; в) метод интенсивности насыщен-
ного центра спектральной линии; г) метод обращения спек-
тральной линии; д) метод относительной интенсивности
спектральных линий.
Необходимо отметить, что применимость отдельных оп-
тических методов, а также точность, .достигаемая ими, це-.
ликом определяются свойствами исследуемых пламен и га-
зовых сред. Ввиду того, что излучение газовых сред и пла-
мен зависит не только от их температуры, но и от многих
других факторов (от коэффициента излучения пламени,
от размеров факела, от химических процессов, происходя-
щих в газах, и т. д.), применению того или иного оптиче-
ского метода измерения температуры должно предшество-
1 Как известно, оптические методы измерения температур пламен
и газовых сред могут быть применены, лишь в том случае, когда из-
лучение в той области спектра, в которой производится измерение,
является термическим. Только в этом случае существует определенная
связь между температурой и излучением.

вать проведение (предварительных спектральных иоследр-
ваний объекта. Лишь после тщательного анализа (Свойств
излучающей среды можно выбрать тот или. иной оптический
метод определения температуры, который дает при измере-
нии достаточную методическую точность. Таким образом,
нельзя выбрать оптический метод определения температу-
ры пламени или газовой среды (и аппаратурное исполне-
ние датчика), не исследовав предварительно физических
свойств соответствующего объекта [Л. 2 и 4].
Оптическими методами, применяемыми для определе-
ния температур светящихся пламен, в большинстве случа-
ев измеряется не истинная температура, а некая пеевдо-
температура (яркоетная или цветовая), отличие которой
от истинной определяется в основном иапускательной спо-
собностью пламени. Необходимо' отметить, что излучатель-
ная способность пламен и газовых сред существенно меня-
ется в зависимости от конкретных условий, поэтому в каж-
дом отдельном случае необходимо производить ее опреде-
ление. Точность измерения в случае применения яркостных
и цветовых методов зависит от используемой области
спектра и специфических особенностей пламен.
При измерении оптическими методами температуры кон-
кретного пламени, -имеющего определенную структуру,
характер усреднения температуры вдоль оптической оси
прибора зависит от свойств пламени, избранного метода
измерения и рабочей длины волны. Получаемая средняя
оптическая температура не будет совпадать ни со средней
массовой, ни со средней арифметической температурой и
будет располагаться ближе к максимальной температуре,
чем к средней массовой [Л. 2]. При увеличении длины волны
при которой производится измерение температуры, проис-
ходит значительное уменьшение разницы между средней
массовой и средней оптической температурами. Это яв-
ляется доказательством рентабельности применения инфра.
красных (длинноволновых) излучений для измерения тем-
ператур пламен.
Применение методов инфракрасной пирометрии позво-
ляет значительно расширить диапазон измеряемых темпе-
ратур в сторону низких температур, поскольку с уменьше-
нием температуры максимум излучения перемещается в
сторону более длинных волн. Кроме того, положительным
качеством методов инфракрасной пирометрии является то,
что они в одинаковой степени применимы как к светящим-
ся, так и к прозрачным шдам пламен,
а

В качестве датчиков температуры в -высокотемператур-
ных газовых потоках и пламенах могут «быть применены
специальные устройства, принципы действия которых осно-
ваны на методах обращения спектральных линий, интенсив-
ности насыщенного центра спектральной линии и относи-
тельной интенсивности спектральных линий.
Метод обращения спектральных линий является до-
вольно подробно разработанным методом измерения (высо-
ких температур пламен и газовых сред, имеющих линей-
чатый спектр излучения. Верхний предел диапазона тем-
ператур, измеряемых с помощью данного метода, дости-
гает 2 500—3 000° С.
Имеется определенное число «разновидностей метода
обращения спектральных линий (в том числе метод лучеис-
пускания—поглощения в области линии натрия), на основе
которых создана фотоэлектрическая аппаратура, позволяю-
щая измерять высокие нестационарные температуры газо-
вых «потоков и пламен.
Для измерения высоких температур пламен и газовых
сред нашел применение оптический метод, в котором из-
меряется интенсивность насыщенного центра спектральной
линии щелочного металла, введенного в пламя. Верхний
предел диапазона температур, измеряемых с помощью дан-
ного метода, может достигать 10 000° С.
Для измерения температур, достигающих нескольких
десятков тысяч градусов, может .применяться метод отно-
сительных интенеивностей спектральных линий, при кото-
ром производится "сравнение интенеивностей двух опреде-
ленных линий спектра излучения объекта. По данному со-
отношению определяется температура объекта. Однако
применению данного метода так же, как двух предыдущих,
должно предшествовать специальное спектральное иссле-
дование объекта измерения.
Оптико-электрические системы, применяемые для изме-
рения температур, являются устройствами, в которых све-
товые потоми .в зависимости от применяемого- метода
измерения обтюрируются или коммутируются на один
или несколько чувствительных элементов, обладающих
спектральной избирательностью. Получаемые таким обра-
зом электрические измерительные сигналы подаются на со-
ответствующие электронные схемы, выходные сигналы ко-
торых пропорциональны измеряемым температурам.
В тех оптико-электрических системах, в которых изме-
рение температуры ведется по интенсивности одного све-.
9

тавоте (потока определенной спектральной полосы *, для
его обтюрации (с целью создания несущей частоты) приме-
няются либо вращающиеся диски с отверстиями, либо ви-
брирующие заслонки.
В тех системах, в которых 'измерение температуры про-
изводится по двум (а иногда и трем) монохроматическим
световым потокам 2, применяются соответствующие комму-
таторы световых потоков.
Измерение температуры может быть выполнено ди-
скретным или непрерывным. В первом случае измеритель-
ные оилналы состоят из отдельных электрических импуль-
сов. Во втором (случае измерительный сигнал представля-
ет собой непрерывную последовательность значений, кото-
рые могут отличаться друг от друга на сколь угодно малую
величину. В подавляющем большинстве электрических си-
стем, применяемых для измерения температуры, исполь-
зуется соответствующая обтюрация или коммутация свето-
вых потоков, вследствие чего такие системы являются си-
стемами дискретного измерения. Применение дискретного
измерения нестационарных температур дает возможность
вести измерение с периодическим сравнением получаемых
сигналов с эталонными или с сигналами другого спектраль-
ного состава. Поэтому некоторые методы измерения темпе-
ратур базируются на дискретном определении интенсивно-
стей световых потоков, которые затем размещаются на од-
ном световом сигнале. Однако применение дискретного
формирования измерительного сигнала при измерении не-
стационарных температур приводит к некоторому сниже-
нию динамической точности измерения.
Различные оптико-электрические схемы в зависимости
от функциональных преобразований, выполняемых ими
для получения измерительного сигнала, пропорционально-
го величине температуры, могут быть разделены на (сле-
дующие группы:
1) схемы прямого измерения температуры;
2) схемы, измеряющие температуру по величине отно-
шения амплитуд электрических импульсов, соответствую-
щих различным световым потокам;
3) измерительные схемы с обратной связью.
Оптико-электрические измерительные системы имеют,
как правило, три основных элемента: а) чувствительный
1 То есть в системах, использующих яркостные методы*
2 В случае применения цветового метода измерения температуры,
а также разновидностей метода обращения линии натрия,
10

элемент с соответствующим оптическим обтюратором -или
коммутатором; б) усилитель-преобразователь; в) реги-
стрирующий .прибор (снабженный «в ряде случаев релейным
выходом). В некоторых схемах, работающих с применением
метода лучеиспускания—.поглощения, к данным элемен-
там добавляется источник сравнения. Назначение каждого
из перечисленных элементов определяется его названием.
Оптические системы в зависимости от применяемого ме-
тода измерения температуры могут иметь как один чув-
ствительный элемент, так и несколько. Соответственно
структурные схемы приборов 'будут одноканальные или
многоканальные. В последнем 'Случае точность измерения
несколько «снижается за счет различия характеристик от-
дельных каналов.
В оптико-электрических системах информация, получен-
ная чувствительным элементом, проходит по всем звеньям
измерительной цепи до регистрирующего элемента или ре-
ле. При прохождении информации по отдельным элементам
цепи последние вносят в нее определенные искажения, за-
висящие от их динамических качеств. Для оценки динами-
ческих качеств таких измерительных систем, когда они
являются линейными системами, может быть применен ча-
стотный метод. В этом случае анализ динамических ка-
честв рассматриваемых систем сводится к определению их
амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик.
Реакция измерительной системы на изменение входного
сигнала, или переходный (процесс в системе, полностью
определяется формой ее амплитудно-частотной и фазо-час-
тотной характеристик, т. е. полосой неискаженного пропус-
кания частот гармонических составляющих сигнала.
При прохождении измеряемого сигнала через систему
с определенной полосой пропускания часть гармонических
составляющих сигнала, частоты которых лежат вне поло-
сы пропускания системы, сильно подавляются, и в спектре
выходного сигнала остаются главным образом гармоники
с'частотами, лежащими в полосе пропускания. Искажения
измерительного сигнала соответствуют исчезновению из
его спектра некоторых частотных составляющих. При ис-
чезновении .высокочастотных составляющих происходит не-
которое сглаживание формы кривой.
Бели подать на вход измерительной системы сигнал,
который изменяется скачкообразно, то выходное напряже-
ние в общем случае будет "возрастать постепенно. Время,
11

в течение которого выходное напряжение достигает 63%
от установившегося значения, называется постоянной вре-
мени цепи.
Искажения измерительного сигнала, обусловленные -ко-
нечной шириной -полосы пропускания, ставят определенный
предел количеству информации, передаваемой данной си-
стемой.
Общая частотная характеристика системы определяется
динамическими качествами первичных фотоэлектрических
преобразований, способом коммутации световых потоков,
характеристиками усилителей-преобразов'ателей и 'реги-
стрирующих устройств (или реле). Ввиду того, что оптиче-
ские методы .определения температур требуют в большин-
стве случаев выделения и измерения узких спектральных
полос (обладающих малой суммарной энергией излучения),
сигнал, получаемый с чувствительных элементов, имеет
весьма малую величину. Это обстоятельство в ряде случа-
ев вынуждает применять электронные усилители, имеющие
значительные коэффициенты усиления. Усилители, приме-
няемые в таких приборах, могут вносить (существенные по-
грешности при измерении быстропеременных температур,
поэтому их широкополосность имеет важное значение.
В том случае, если известны логарифмические частот-
ные характеристики отдельных звеньев (измерительной си-
стемы, суммарная частотная характеристика всей системы
может быть определена сложением логарифмических ха-
рактеристик отдельных звеньев. Полученная амплитудно-
фазовая характеристика системы позволяет определить ши-
рину частотной полосы, в которой динамические искажения
гармонических составляющих измеряемой нестационарной
величины являются допустимыми. При этом сигнал, пере-
данный оптико-электрической (Системой, с достаточной точ-
ностью будет соответствовать действительному изменению
температуры.
При рассмотрении оптических датчиков температуры
необходимо отметить, что суммарная погрешность измере-
ния температуры может быть разделена на погрешность
методическую и аппаратурную. Методическая погрешность
целиком определяется принятым методом измерений тем-
ператур. Данная погрешность зависит от того, какова ши-
рина исследуемой полосы излучений, в какой области спек-
тра полоса расположена и какая связь имеется в исследуе-
мом объекте между температурой и данным излучением,
12

Погрешность, присущую данному методу измерения темпе-
ратуры, надо рассматривать как минимально возможную
в идеальных аппаратурных условиях. В реальном приборе
к методической погрешности добавляется так называемая
аппаратурная погрешность. Величина аппаратурной по-
грешности (определяется принципом работы прибора, его
статическими и динамическими характеристиками.
В случае измерения нестационарных темпер/атур суще-
ственное значение может иметь так называемая динами-
ческая погрешность. Динамическая погрешность системы
определяется полосой (пропускания измерительной системы
и частотным спектром измеряемой закономерности. Имея
дело со случайными процессами, частотный спектр которых
нам заранее неизвестен, нельзя заранее говорить о возмож-
ной динамической точности измерения. Однако^ в серии оди-
наковых явлений выявляются специфические закономерно-
сти, описываемые статистическими законами. Поэтому в та-
ких случаях представляется возможным говорить о так на-
зываемом статистическом частотном спектре измеряемой
закономерности и, 'Следовательно, о статистической дина-
мической точности измерения.
Как уже было отмечено, динамические качества опти-
ко-электрических систем, предназначенных для измерения
температур, определяются в значительной степени харак-
теристиками применяемых •оптических обтюраторов и 'ком-
мутаторов, поэтому анализ их динамики является важной
задачей.
Оптические устройства, применяемые в таких оптико-
электрических схемах, могут быть разделены на (следую-
щие группы:
1. Оптические обтюраторы, предназначенные для об-
тюрации .светового потока и создания на фотоэлементе по-
следовательности электрических импульсов, амплитуды ко-
торых (Соответствуют интенсивности 'одного и того же све-
тового потока в разные моменты (времени.
2. Оптические коммутаторы, предназначенные для по-
переменной подачи на фотоэлемент двух анализируемых
световых потоков. В этом случае на фотоэлементе форми-
руется последовательность электрических импульсов, ам-
плитуды которых соответствуют интенсишюстям излучений
двух (световых потоков, имеющих различные спектральные
диапазоны, или интенсивноотям двух световых потоков од-
ного спектрального диапазона, идущим от различных ис-
точников. Первый случай встречается в схемах, работаю-
щих по принципу измерения отношения интенеивностей
13

излучения в различных областях спектра, второй—в .ком-
пенсационных схемах, имеющих обратную связь по свето-
вому потоку.
3. Оптические коммутаторы, предназначенные для по-
переменной подачи на фотоэлемент трех световых потоков
одного и того же -спектрального состава, но различной ин-
тенсивности. В этом случае на фотоэлементе формируется
электрический сигнал, 'состоящий из последовательности
групповых импульсов (пакетов). Эти группы состоят из
трех импульсов, амплитуды которых соответствуют интен-
сивностям трех анализируемых световых потоков. Такие
оптические коммутаторы используются в системах, рабо-
тающих по методу лучеиспускания—поглощения.
Оптическая обтюрация одного светового (потока может
выполняться с ^помощью вращающегося дискового обтюра-
тора или с помощью вибрирующей заслонки. В схемах, из-
меряющих температуру по одному (световому потоку (рабо-
тающих с использованием яркоетного метода), оптическая
обтюрация создает в измерительном сигнале несущую ча-
стоту. Это позволяет использовать резонансные усилители,
имеющие хорошую (стабильность показаний во времени.
Однако необходимо отметить, что более' оптимальным пу-
тем создания несущей частоты в измерительном сигнале
будет питание чувствительного элемента переменным на-
пряжением. При этом несущая частота 'может быть выпол-
нена гораздо более высокой и тем самым могут быть по-
вышены динамические качества всей системы.
Оптическая коммутация на один фотоэлемент двух све-
товых потоков одного -спектрального диапазона, идущих
от различных источников, обычно выполняется с помощью
вращающегося дискового обтюратора или вибрирующей
заслонки. В таких устройствах один световой поток идет
от объекта измерения, а второй — от лампы накаливания,
осуществляющей обратную связь по световому потоку. Та-
кие системы работают по компенсационному принципу и
ввиду этого в них исключено влияние параметров элемен-
тов системы на результат измерения. Однако компенсацион-
ные схемы измерения обладают более высокой сложностью.
Оптическая коммутация на один фотоэлемент двух све-
товых потоков, расположенных в различных спектральных
диапазонах (имеющих совмещенное геометрическое на-
правление до оптического коммутатора), может быть вы-
полнена с помощью вращающегося дискового коммутатора
с расположенными на .нем светофильтрами или с помощью
14

вибрирующей заслонки с прикрепленными к ней свето-
фильтрами. Такие фотоэлектрические устройства позволя-
ют различать световые потоки по гантенсив«ости только
в том случае, есл.и они принадлежат >к различным спек-
тральным диапазонам.
О—
л/WV
/\/У\Л
Рис. 1. Схемы оптических коммутаторов двух
световых потоков (расположенных в различных
областях спектра) на один фотоэлемент.
О —объект измерения; 3 — зеркало; Т — фильтр; Ф — фо-
тоэлемент; C/i. Ф — специальный фотоэлемент с электро-
магнитной коммутачией; О. Э. М — оптико-электриче-
ские модуляторы; Вб —- вибратор.
Для оптической 'коммутации на один фотоэлемент двух
разделенных световых потоков, расположенных в различ-
ных спектральных диапазонах, когда каждый световой по-
ток проходит через отдельный неподвижный светофильтр,
могут быть применены следующие устройства (рис. 1):
а) вращающийся дисковый обтюратор;
б) вибрирующая заслонка;
15

•в) электромагнитный коммутатор двух фотоэлектрон -
ных потоков;
г) различные оптико-электрические коммутаторы свето-
вых потоков (германиевые модуляторы инфракрасных из-
лучений, ячейка Керра, (Вращающиеся поляроиды и другие
быстродействующие оптические затворы).
Перечисленные оптические коммутаторы двух световых
потоков различных спектральных диапазонов (как совме-
щенных, так и разделенных) применяются ib одноканаль-
ных цветовых пирометрах. Для коммутации разделенных
световых потоков (проходящих через неподвижные свето-
фильтры) 'могут применяться различные оптические моду-
ляторы (или обтюраторы, которые осуществляют попере-
менное прерывание двух световых лучей, идущих на фото-
элемент. В качестве оптических коммутаторов могут быть
использованы ячейки Керра или германиевые модулятору
инфракрасных излучений, которые позволяют с помоидао
управляющего электрического сигнала безынерционно щр~
дулировать (световой поток. При помощи двух ячеек Кер-
ра или двух германиевых модуляторов можно поперемен-
но -подавать на чувствительный элемент два различных
световых потока (рис. 1,г).
В последнее время для коммутации световых потоков
разработаны электромагнитные' коммутаторы (соответ-
ствующих фотоэлектронных потоков (рис. 1,в). В таком
коммутаторе излучения непрерывно поступают на катод
специального фотоэлемента. Перед фотокатодом располо-
жены два светофильтра таким образом, что на первую по-
ловину фотокатода поступают излучения одного спектраль-
ного состава, а на вторую половину—другого спектраль-
ного состава. Фотоэлемент выполнен таким образом, что
с помощью переменного магнитного поля надетой на него
катушки можно попеременно направлять та анод потоки
электронов с разных участков фотокатода. В цепи фото-
элемента формируется при этом модулированный по ам-
плитуде электрический сигнал.
Оптическая коммутация на один фотоэлемент трех све-
товых потоков одного спектрального дипазона, но различ-
ной .интенсивности может быть выполнена с помощью- двух
любых оптических обтюраторов, расположенных последова-
тельно и имеющих различную частоту действия. Для этой
цели могут быть использованы два дисковых обтюратора,
две ячейки Керра, два вращающихся поляроида и т. д.
(рис. 2). Такие коммутаторы могут быть использованы
16

в оптико-электрических системах, работающих по методу
поглощения — лучеиспускания, в которых истинная темпе-
ратура определяется из измерения трех величин: яркости
источника сравнения, яркости пламени и яркости излуче-
ний источника сравнения, прошедших через пламя. В та-
ких устройствах обычно применяются два последовательно
расположенных вращающихся диска. В одной из разрабо-
Рис. 2. Схемы оптических коммутаторов трех
световых потоков на один фотоэлемент.
Л —лампа; Пл. — пламя; Т — фильтр; 3 —зеркало;
Ф — фотоэлемент; Д — диски с отверстиями.
тайных систем параметры дискового коммутатора были
следующими (рис. 2,а). Излучение, идущее от источника
сравнения, расположенного за пламенем, периодически с ча-
стотой 300 гц прерывалось с помощью расположенного ме-
жду источником сравнения и пламенем вращающегося дис-
ка Mi ic отверстиями. Излучение, идущее от пламени на
чувствительный элемент, прерывалось с частотой 60 гц
с помощью второго диска Д2С окружными прорезями.
Дисковые обтюраторы расположены на одной оси и вра-
щаются с одинаковой скоростью. Коммутация различных
световых потоков на один фотоэлемент осуществляется
благодаря разному, количеству и различной форме отвер-
стий, выполненных в дисках. Фотоумножитель восприни-
мает соответственно модулированный монохроматический
2—321 17

световой лоток, имеющий двойную модуляцию от двух
вращающихся дисковых обтюраторов. В некоторых комму-
таторах, применяемых в таких схемах, (используются два
оптических канала для прохождения излучения от источ-
ника сравнения на фотоэлемент (рис. 2,6). Излучение ис-
точника сравнения с помощью системы зеркал разделяет-
ся на два потока. Пути обоих световых потоков эквивалент-
ны с той лишь разницей, что один поток проходит через
зону пламени. Дисковые прерыватели, вращающиеся на од-
ной оси, попеременно направляют на фотоумножитель све-
товые потоки, идущие по первому я второму каналам. Фор-
ма, размер и взаимное (расположение отверстий на диско-
вых прерывателях выполнены таким образом, что на фо-
тоумножитель периодически попадают излучения трех
видов. При этом в измерительном сигнале периодически
формируются сгруппированные пакеты из трех импульсов.
Динамические качества рассмотренных приборов 'опре-
деляются применяемой частотой коммутации исследуемых
излучений. Повышение частоты коммутации лимитируется
трудностью выполнения точной балансировки вращающих-
ся дисков, а также высокой требуемой точностью выпол-
нения геометрических размеров коммутационных отверстий
в дисках. В большинстве приборов данного типа время,
требующееся на один цикл дискретного измерения, состав-
ляет 0,01—0,001 сек. Значительное повышение динамиче-
ских качеств таких приборов и общее упрощение их схем
возможно в случае применения вместо механических ком-
мутаторов оптико-электрических коммутаторов (например,
ячеек Керра).
Фотоэлектрические чувствительные элементы, приме-
няемые в оптико-электрических системах, предназначенных
для измерения температур, -являются первичными элемен-
тами измерительной цепи, воспринимающими информацию
непосредственно от объекта измерения. Вследствие этого
искажения, вносимые первичными элементами в измери-
тельный сигнал, затем усиливаются в последующих звень-
ях. Поэтому весьма существенными качествами этих эле-
ментов, оказывающими большое влияние на точность всей
системы, являются их температурная стабильность, ста-
бильность их показаний во времени, стабильность их спек-
тральной характеристики и другие качества. Это особенно
важно в т§х случаях, когда используются некомпенсацион-
ные измерительные схемы.
Ниже будут рассмотрены некоторые типы фотоэлемен-
18

0,20,3 0/t 0,5 0,5 0,7 0,8 0,9 1J0 1Jmk
Рис. 3. Спектральные характе-
ристики кислородно-цезиевого
и сурьмяно-цезиевого фото-
катодов.
TQB, фотоэлектронных умножителей и фотосопротивлений,
применяемых в данных устройствах, и их основные харак-
теристики?. Наибольшее распространение в пирометриче-
ских схемах получили фотоэлементы, принцип действия ко-
торых основан на внешнем "фотоэффекте. Такие фотоэле-
менты представляют собой стеклянный баллон, на стенке
которого нанесен фотокатод, а в центре расположен анод.
Фотокатод может выполняться как в виде пленки, на-
несенной на металлическую подкладку, так -и в виде
пленки, нанесенной непосредственно на стекло баллона.
Фотоэлементы с внешним фо-
тоэффектом выполняются как
электронными (вакуумными),
так и ионными (газонаполнен-
ными) 2.
На рис. 3 представлены
спектральные характеристики
некоторых фотокатодов. Как
видно из графиков, длинно-
волновой максимум у кисло-
родно-цезиевого фотокатода /
расположен при 0,85 мку а
максимумы спектральных ха-
рактеристик сурьмяно-цезие-
ВЫ1Х фотокатодов, нанесенных на металлическую подклад-
ку 2 или на стекло баллона 3, составляют соответственно
0,36 и 0,5 мк.
Световые характеристики электронных фотоэлементов,
определяющие зависимость фототока от светового потока,
имеют линейный характер до сравнительно больших зна-
чений светового потока. Характеристики фотоэлементов не-
сколько изменяются во времени, причиной чего являются
физико-химические процессы, происходящие на поверхно-
сти фотокатода. Это наиболее заметно у кислородно-цези-
евых фотоэлементов, при хранении которых возможны из-
1 Свойства и характеристики различных фотоэлементов и фото-
электронных умножителей подробно рассмотрены в специальной лите-
ратуре [Л. 12 и 13] и здесь будут приведены лишь основные характе-
ристики фотоэлектрических преобразователей, применяемых в системах
для измерения температуры.
2 Нашей промышленностью выпускаются электронные фотоэлемен-
ты с кислородно-цезиевым фотокатодом (ЦВ-Г; ЦВ-3 и ЦВ-4), с сурь-
мяно-цезиевым фотокатодом (СЦВ-3; СЦВ-4 и СЦВ-51), а также кис-
лородно-цезиевые ионные фотоэлементы (ЦГ-1; ЦГ-3 и ЦГ-4). Основ-
ные характеристики этих фотоэлементов приведены в литературе
№ 13],
2* 19

менения чувствительности. Специальная /выдержка фото-
элементов в течение некоторого времени позволйет несколь-
ко уменьшить величины этих изменений характеристик.
При непрерывной работе фотоэлемента в течение про-
должительного времени также -может наблюдаться пониже-
ние его чувствительности, на-
зываемое утомлением (рис. 4).
Утомление фотоэлементов в
значительной степени является
обратимым процессом, и при
достаточно длительном отды-
хе чувствительность почти пол-
ностью восстанавливается.
Сурьмяно-цезиевые катоды в
меньшей степени подвержены
утомлению, чем кислородно-
цезиевые фотокатоды. Однако
в результате утомления сурь-
мяно-цезиевого фотоэлемента
происходит изменение его спек-
тральной характеристики, при
этом характеристическая кри-
вая смещается в сторону более коротких волн (рис. 5).
Необходимо отметить, что нестабильность спектральной
характеристики фотоэлементов является главным источни-
ком погрешностей в пирометрических устройствах, рабо-
тающих по принципу измерения температуры по отноше-
нию интенеивностей излучения в различных областях спек-
тра. Поэтому нестабильность спектральной характеристики
/00г
250
500
750ч
Рис. 4. Кривые утомления
фотоэлементов в условиях не-
прерывной работы.
/ — кислородно-цезиевый газонапол-
ненный фотоэлемент; ^—кислородно-
цезиевый вакуумный фотоэлемент;
3 — сурьмяно-дезиевый фотоэлемент.
4000 4500 5000 5500 6000 6500 i
Длина Волны
Рис. 5. Изменение спектральной характеристики
вакуумного сурьмяно-цезиевого фотоэлемента.
Кривая / — до утомления, кривая 2 — после утомления.
20

чувствительных элементов, применяемых в таких схемах,
является очень нежелательной.
Относительно динамических качеств вакуумных фото-
элементов необходимо отметить следующее. Такие фото-
элементы являются почти безынерционными оптико-элек-
трическими преобразователями. Лишь при значительном
повышении частоты модуляции светового потока наблюда-
ется понижение частотной характеристики, которое вызы-
вается емкостью фотоэлемента и емкостью деталей схемы,
а также величиной нагрузочного сопротивления.
Кратко рассмотрим вопрос температурной стабильно-
сти фотоэлементов. В общем можно отметить, что темпе-
ратурная устойчивость фотокатодов, активированных цези-
ем, невелика. Изменение температуры от 20 до 50° С при-
водит к понижению чувствительности сурьмяно-цезиевого
фотоэлемента на 3—4%, а у кислородно-цезиевото фото-
элемента— на несколько десятков процентов. При этом
понижение температуры относительно 20° С в общем «слу-
чае приводит к более (существенному понижению чувстви-
тельности, чем при ее повышении. Ввиду этого в ряде пиро-
метрических схем для повышения общей точности измере-
ния осуществляется термостатирование фотоэлементов.
Для увеличения чувствительности некоторые типы фо-
тоэлементов наполняют инертным газом. При этом чувст-
вительность, ионных фотоэлементов приблизительно в 4 —
5 раз 'больше чувствительности однотипных вакуумных
элементов. Однако при длительной работе их чувствитель-
ность резко понижается. Кроме того, газонаполненные
фотоэлементы обладают значительно большей инерцион-
ностью, чем вакуумные. Это объясняется замедленной
подвижностью положительных ионов (по сравнению с
электронами). Рассмотренные выше недостатки ионных
фотоэлементов являются причиной того, что они в настоя-
щее время почти не применяются в пирометрах.
В 'пирометрических схемах, в тех -случаях, когда при-
ходится измерять световые потоки очень незначительной
интенсивности, применяются фотоэлектронные умножи-
тели *.
1 Наша промышленность выпускает следующие фотоэлектронные
умножители: однокаскадные типов ФЭУ-1 и ФЭУ-2 с сурьмяно-цезие-
вым фотокатодом и эмиттером; многокаскадные типов ФЭУ-17, ФЭУ-18,
ФЭУ-19, ФЭУ-20, ФЭУ-22, ФЭУ-25. Фотоэлектронные умножители
ФЭУ-19 и ФЭУ-25 (малогабаритный) предназначены для работы
в сцинтйлляционных счетчиках. Основные характеристики йх приве-
дены в литературе [Л. 12].
21

Фотоэлектройные умножители работают с использова-
нием принципа вторично-электронного умножения; при
этом источником первичных электронов является фотока-
тод. Таким образом, фотоумножитель представляет собой
фотоэлемент с внешним фотоэффектом, соединенный
с электронным умножителем, снабженным определенным
числом вторичных эмиттеров. В фотоумножителях обычно
применяются эмиттеры, коэффициент (вторичной эмиссии
которых составляет 8—12, т. е. при попадании одного пер-
вичного электрона на эмиттер, выполненный в -виде изо-
гнутой металлической пластины, с нее выбиваются 8—12
вторичных электронов.
Световые характеристики однокаскадных фотоумножи-
телей ФЭУ-1 и ФЭУ-2 линейны (вплоть до световых пото-
ков 0,05 лм. При непрерывном освещении световым пото-
ком б 0,01 лм чувствительность однокаскадных фотоумно-
жителей снижается примерно на 50% от первоначальной
за первые 150—200 ч работы, а затем остается почти по-
стоянной на протяжении многих сотен часов. Срок службы
ФЭУ-1 и ФЭУ-2 достигает тысячи и 'более часов.
С течением* времени характеристики многокаскадных
фотоэлектронных 'умножителей могут изменяться, причем
эти изменения частично обратимы, т. е. они исчезают через
некоторое время после выключения системы.
Старение фотоэлектронного умножителя, т. е. ишбраши-
мое изменение его параметров, связано главным (образом
с влиянием остаточных газов на фотоэмиссионные свойства
катода и вторичную эмиссию эмиттеров. Спадаеие *^всг-
вительности может продолжаться месяцами и (приводит
в умножителях с эмиттером и ^катодом, содержащими* ще-
лочной металл, к снижению чувствительности на 20^-50%.
Уменьшение старения в умножителях достигается тщатель-
ным обезгаживанием деталей и применением газопоглоти-
телей.
Причиной уменьшения чувствительности во время ра-
боты умножителя является также утомление эмиттера /на
последних каскадах умножения. Ход утомления чувстви-
тельности фотоумножителя с еурьмяно-цезиевым фотока-
тодом и эмиттером при небольших выходных тщщ, но
в условиях непрерывного освещения показан од рие. 6.
Необходимо отметить, что утомление имеет место "даже
при очень слабых анодных токах порядка десятых я Сготых
долей микроампера, но снижение чувствительности: дури'
этом значительно меньше. Ввиду этого при прдаеданш
2?

точных измерений анодный ток не должен быть боль-
ше 10~7 а.
Спектральные характеристики многокаскадных фото-
электронных умножителей ФЭУ-17 и ФЭУ-22 представлены
на рис. 7.
1
8 Ю 12 /4 16 18 20ч
Рис. 6. Спадание чувствительности фотоумножителя с
сурьмяно-цезиевыми фотокатодом и эмиттером при не-
прерывном освещении и анодных токах 3 мка (кривая /)
и 23 мка (кривая 2).
3 о»
о» %
si
в»05
150
too
50\
(
V
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Длина волны,мк
U2
Рис. 7. Спектральные характеристики
фотоумножители ФЭУ-17 (кривая /) и ФЭУ-22
(кривая 2).
Амплитудно-частотные характеристики фотоэлектрон-
ных умножителей остаются почти неизменными до /=
= 106 гц. Некоторое снижение их при высоких частотах
объясняется в основном влиянием межэлектродных емко-
стей.
В пирометрических схемах ;в качестве чувствительных
23

элементов применяются также фотоеопротивления Эти
устройства работают с использованием внутреннего фото-
эффекта, возникающего при освещении некоторых полу-
проводников.
Фотосопротивление представляет собой полупроводни-
ковый чувствительный элемент, проводимость которого
0£\
о
'/г
V
\
\
\
У
0 12 3 4 5 МК
Рис. 8. Спектральные ха-
рактеристики фотосопро-
тивлений (ф. е.), чувстви-
тельных к инфракрасной
части спектра.
(т0 — отношение максималь-
ной чувствительности к чув-
ствительности на данной дли-
не волны). Кривая серно-
свинцовое; кривая 2—селени-
сто-свинцовое и кривая 3—те-
ллур-свинцовое.
О 1
10* Ю3 10*гц
Рис. 9. Частотные характе-
ристики фотосопротивле-
ний (ф. с).
/—селенового; 2— таллофидного
3 — серно-свинцового; 4 — серни-
сто-висмутового; 5 — монокри-
сталлического серно-кадмиевого
' ^дин
— отношение амплитуды
/ ^дин
\ Лет
измеряемого сигнала при данной
частоте к величине статического
сигнала^ .
существенно зависит от интенсивности падающего на него
светового потока.
Спектральные характеристики некоторых фотоюопротив-
лений, чувствительных в инфракрасной области спектра,
представлены на рис. 8.
Зависимость фототока /ф от светового потока Ф в фо-
тосопротивлениях имеет нелинейный характер и выража-
ется следующей формулой: /Ф=ЛФ*, где А — постоянная
величина для данного фотосопротивления, а показатель
степени х в большинстве «случаев меньше единицы.
Дин а мич еские к ачеств а ф отосоп ротив л ений и л л юстр и-
руются рис. 9. Как видно из графика, наилучшими динами-
1 Нашей промышленностью выпускаются следующие фотосопро-
тивления: серно-свинцовые, ФС-А1 и ФС-А4; сернисто-висмутовые ФС-Б2;
серно-кадмиевые ФС-К1 и ФС-К2. Основные характеристики этих фото-
сопротивлений приведены в литературе [Л. 13].
24

ческими качествами обладают еерно-евинцовые фютооопро-
тйвления 3, а наибольшей инерционностью — серно-кад-
миевые фотосопротивления 5.
Свойства фотооопротивлений существенно зависят от
температуры. На рис. 10 представлено изменение величи-
«ы в зависимости от температуры.
к
Преимуществ а ми фотооопроти вл ений по ср авнени ю
с другими фотоэлектрическими преобразователями ЯВЛЯ-
ТЬ Лфт'ЮО
75
50\
\
\
1
t
-60 -40 '20 0 20 № SO f
Рис. 10. Зависимость про-
центного изменения от
температуры.
75
50
25
7о.
0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 мк
Рис. 11. Кривая спектральной
чувствительности германиевого
фотодиода.
ются большая чувствительность в инфракрасной области
спектра, большая интегральная чувствительность и весьма
малые размеры. Недостатками фотосопротивлений явля-
ются значительная зависимость их параметров от темпе-
ратуры и нелинейность световой характеристики.
В последнее время в ЛФТИ АН СССР (разработаны
германиевые фотодиоды, которые могут быть использованы
в качестве чувствительных элементов в схемах пиромет-
ров. Кривая спектральной чувствительности германиевого
фотодиода представлена на рис. 11. Максимум 'чувстви-
тельности фотодиода расположен на длинных волнах
порядка 1,5 мк (красная граница находится вблизи
2,0 мк). Постоянная времени германиевых фотодиодов со-
ставляет 10 мксек, что позволяет использовать их в изме-
рительных схемах, имеющих высокую частоту модуляции
светового потока.
Фотодиод представляет собой специально обработан-
ную пластинку из контактирующих поверхностей электрон-
ного и дырочного германия. Германиевая пластинка за-
25

прессована в полистирол, причем чувствительная поверх*
ность фотодиода ФД-2 закрыта прозрачным окном из "Ор-
ганического (Стекла. Площадь светочувствительной поверх-
ности фотодиода ФД-2 составляет 1 мм2. Вольт-амперные
характеристики германиевого фотодиода имеют четко вы-
раженный участок насыщения.
Ввиду того, что германиевые фотодиоды обладают ря-
дом существенных преимуществ перед другими типами
фотоэлектрических элементов, чувствительных к инфра*
красной области спектра (очень малые размеры, доста-
точно линейные характеристики и относительно малая
зависимость параметров от температуру), применение их
в пирометрических системах является весьма перспектив-
ным.
Оптимальный выбор чувствительного элемента для
пирометрической схемы определяется принятой для изме-
рения областью спектра, применяемым методам измерения
температуры, т. е. шириной используемой спектральной
полосы, а также динамическими свойствами объекта.
В большинстве рассмотренных систем (Следствием при-
меняемого метода измерения температуры является нали-
чие оптических обтюраторов или коммутаторов, создаю-
щих определенную последовательность световых импуль-
сов, которые затем с помощью фотоэлектрических элемен-
тов и пересчетных схем преобразуются в электрический
сигнал, пропорциональный температуре. Данные приборы
являются системами дискретного действия, и период ди-
скретного измерения непосредственно ограничивает их ча-
стотные диапазоны. Поэтому для повышения динамических
качеств таких систем необходимо повышать частоту ди-^
скрепных измерений. Для этого необходимо применять
малоинерционные световые обтюраторы и коммутаторы,
обладающие высоким быстродействием (например, фото-
электронные коммутаторы, ячейки Керра и другие быстро-
действующие оптические затворы, не имеющие движущих-?
ся деталей).
Отдельно необходимо отметить некоторые особенности
измерения, возникающие при автоматическом контроле1
объектов, обладающих нестационарными температурными
полями. В тех случаях, когда поставлена задача измерения1
или поддержания на определенном уровне температуры
заданной точки объекта (вне связи с его общим темпера-
турным полем), она может быть с достаточной точностью
решена с помощью оптических пирометров, визируемых на-
26

данную точку (или зону) объекта. Однако часто ставится
задача об измерении или поддержании на заданном уров-
не средней температуры объекта, желательно с измерением
температурного поля. В этом случае вопрос существенно
усложняется и выбор оптимального пути его решения за-
висит от размеров температурного поля, от его динамиче-
ских качеств и от физических свойств объекта.
Если размеры контролируемого тела "сравнительно не-
велики, то излучения всех его точек .могут быть с помощью
оптики направлены непосредственно на чувствительный
элемент обычного пирометра и в этом случае вопрос про-
ведения такого контроля сводится лишь к выбору оптималь-
ного метода определения /температуры. Но -если размеры
объекта настолько велики, что он не может быть спроекти-
рован на чувствительный элемент пирометра, то приходит-
ся визировать применяемый (пирометр н;а какую-лшбо вы-
бранную точку объекта. Точность такого контроля темпе-
ратурного состояния объекта будет в очень сильной (Степе-
ни зависеть от иестационарности его поля температур.
В объектах, в которых рельеф температурного поля су-
щественно изменяется во времени, могут происходить
значительные (смещения зоны (максимальных температур
относительно первоначального положения. В этом «случае
температура одной точки (объекта, на которую может быть
наведен оптический пирометр, не будет с достаточной
точностью характеризовать среднюю температуру объекта
и вследствие этого информация, заключенная в измери-
тельном сигнале такого пирометра, будет явно недостаточ-
ной для наблюдения за общим температурным состоянием
объекта.
Наиболее достоверной информацией о средней темпе-
ратуре таких объектов (при одновременном измерении
температурного поля) будет информация, полученная путем
оптического сканирования поля температур, с последую-
щим осреднением полученных сигналов с помощью соот-
ветствующей осредняющей электронной схемы.
В обычном шоообе наблюдения за общим температур-
ным состоянием объекта пирометр выполняет только функ-
ции определителя температуры в данной конкретной точке,
к которой он заранее «привязан» геометрически. В рас-
сматриваемом ниже способе сканирования, кроме, этой
основной функции, пирометру придана также функция по-
следовательного «осматривания» объекта измерения в со-
ответствии с заранее заданной программой развертки изо-
27

бражения. Введение этой дотолмительной функции .позво-
ляет получать с прибора значительно более точную инфор-
мацию об общем тепловом состоянии объекта 1.
Динамические качества и рельеф температуриого поля
определяют оптимальность применения того или иного
способа и типа сканирования объекта. В некоторых объек-
тах поле температур обладает определенной симметрич-
ностью относительно какой-либо оси. В этом случае доста-
точным 'может оказаться сканирование поля температур
вдоль 'одной линии. В 'Объектах, температурное поле кото-
рых не обладает свойством симметричности относительно
оси, приходится проводить сканирование всего температур-
ного поля, спроектированного на какую-либо плоскость.
При этом оптимальное число строк развертки, зависящее
от динамических качеств объекта и наличия резких тем-
пературных градиентов должно быть таким, чтобы суммар-
ный измерительный сигнал с достаточной степенью точно-
сти характеризовал температурное состояние объекта.
В случае применения способа сканирования для полу-
чения сведений о температурном состоянии объекта, имею-
щего нестационарное температурное поле, точность изме-
рения будет значительно выше точности, достигаемой в слу-
чае использования обычного пирометра, наводимого на
«точку» объекта.
Метод сканирования температурного поля может быть
также применен для определения перегретых мест объек-
та. В зависимости от режима работы объекта, имеющего
нестационарное температурное поле, некоторые его точки
могут находиться в весьма напряженном тепловом состоя-
нии и за ними необходимо осуществлять соответствующий
контроль. В большинстве случаев заранее невозможно
определить ■геометрические координаты места объекта,
в котором может произойти опасное повышение темпера-
туры. Ввиду этого не представляется возможным с по-
мощью •оптического пирометра, наводимого на одну точку
объекта, выполнять гарантированный надзор за темпера-
турным состоянием всего объекта. Контроль температурно-
го состояния такого объекта может быть выполнен с по-
мощью соответствующего сканирующего пирометра. Сиг-'
1 Необходимо отметить, что методические вопросы измерения тем-
ператур с помощью сканирующих пирометров аналогичны методиче-
ским вопросам измерения температур с помощью оптических пиромет-
ров, визируемых на точку объекта.
28

дал, (поступающий ico сканирующего пирометра,
представляет собой непрерывную «последовательность ве-
личин напряжения, которым соответствуют температуры
различных точек объекта. Бели в этом измерительном сиг-
нале будет иметься местное увеличение амплитуды (выше
какой-то определенной нормы), то сигнализирующее
устройство даст необходимый сигнал. При этом, в каком бы
месте контролируемого объекта ни произошло увеличение
температуры выше нормы, 'оно будет обязательно обнару-
жено таким устройством.
Число «строк» сканирования объекта в этом 'Случае
должно быть выбрано таким, что данное устройство могло
производить гарантированный контроль за температурным
состоянием объекта. Такой контроль позволяет существенно
повысить вероятность определения местных перегревов
относительно контроля с помощью пирометра, визируемого
на точку объекта.
2. РАДИАЦИОННЫЕ ПИРОМЕТРЫ
В основе радиационного (метода измерения температуры
лежит использование зависимости, (существующей между
суммарной энергией излучения тела и его температурой.
Для абсолютно черного тела (т. е. тела, поглощающего
всю падающую на него энергию) эта зависимость опреде-
ляется следующей формулой [Л. 14]:
E'T = o(T*-Tl),
где Ет— полная энергия, излучаемая абсолютно черным
телом при температуре Т за 1 сек с единицы по-
верхности и воспринимаемая за i сек бесконечной
поверхностью абсолютно черного тела с темпе-
ратурой Гс;
о — постоянная, равная 5,673• 10~12 вт• см~2• град~*.
Для измерения температуры черного тела достаточно
измерить его полную энергию излучения, например по ее
тепловому действию. Ввиду того, что в радиационных пи-
рометрах измеряемая температура значительно превышает
темпер атуру нов ерхности, восприним ающей излучение,
в вышеприведенном уравнении членом Т* можно прене-
бречь, и уравнение приобретает следующий вид: Е*=аТ*
(закон Стефана-Больцмана).
29

В радиационном (пирометре энергия, излучаемая по-
верхностью нагретого тела, преобразуется в электрический
сигнал, который измеряется каким-либо вторичным прибо-
ром. При этом радиационный пирометр показывает истин-
ную температуру только в «случае его наводки на практи-
чески черное тело.
В качестве черного тела обычно служит полая глухая
карборундовая труба (визирная камера), которая рас-
положена'в зоне измеряемой температуры и все части
которой одинаково нагреты. Если телескоп радиационного
■пирометра, установленного на открытом конце визирной
•-трубы, наведен на ее внутреннюю поверхность, то пиро-
метр будет воспринимать максимально возможное коли-
чество лучистой энергии при данной температуре. Это
является 'следствием того, что неполнота излучении любого
участка внутренней поверхности камеры компенсируется
отражением излучений от ее остальной поверхности.
Радиационный пирометр, отградуированный по черному
телу и используемый для измерения температуры поверх-
ностей физических (нечерных) тел, будет показывать
вместо действительной некоторую уменьшенную темпера-
туру.
В том случае, когда с помощью радиационного пиро-
метра измеряется температура нечерного тела, нельзя по-
лучить методически точное (не приближенное) значение
его истинной температуры из общей энергии излучения.
Это объясняется тем, что не представляется' возможным
точно определить «'суммарный» 'коэффициент черноты
излучения нечерного тела во всем диапазоне измеряемых
излучений.
Ввиду того, что суммарная интенсивность излучения
нечерного тела в диапазоне длин волн от Я=0 до Я=оо
с помощью закона Планка выражается формулой
X—оо
£г= f excll-*(ecJXT — l)-ldl,
1=0
то так называемая радиационная температура Гр нечерного
тела может быть определена по следующему выражению
X—со
оГ{= J BxclX'5(eCJlT—\r1dXt
х=о
где ех — коэффициент черноты излучений тела на опре-
деленной длине волны;
сх и с2 — постоянные коэффициенты.
30

Радиационной температурой нечерного тела называется
такая температура черного тела, при которой суммарная
энергия излучения черного тела равна суммарной энергии
излучения нечерного тела »в рабочем участке спектра при-
бора данного типа.
Согласно определению радиационной температуры
суммарная энергия излучения нечерного тела, истинная
температура которого Г, равна суммарной энергии излуче-
ния черного тела при температуре Т' т. е.
Ет = ЕТр
или
откуда
где зг — суммарный коэффициент излучения, зависящий от
температуры тела.
Вышеприведенная формула позволяет осуществить
переход от измеренной (радиационной температуры нечер-
ного тела к его истинной температуре в том случае, если
известна измеренная с достаточной точностью (величи-
на ег.
Надежность определения истинной температуры тела
по измеренной радиационной температуре зависит от по-
грешности определения коэффициента черноты излучения.
Значение ег для -большинства тел известно с погреш-
ностью не меньшей чем 15—20%. Нередко ошибка в опре-
делении значения ет достигает 40—50%.
В радиационном пирометре зависимость э. д. с. термо-
приемника от температуры абсолютно черного излучателя
Т может быть выражена следующей формулой [Л. 1]:
КатЛо (Г4 — Т\)
е~с{т\ + т21т2 + т1т22 + т1)+ь 9
где 7\ — температура рабочего конца термобатареи;
Т% — температура свободных концов термобатареи;
аг — суммарный коэффициент поглощения телескопа;
а — постоянная, равная 5,673-\0~12вт-см~2-град~*;
31

С—приведенный коэффициент черноты излучения
термоприемника и внутренней поверхности теле-
скопа;
Ь — постоянный коэффициент, зависящий от отвода
тепла по проводам термопары и коэффициента
конвективной теплоотдачи;
А— постоянный коэффициент, меньший единицы, за-
висящий от геометрических размеров телескопа.
Ввиду того, что неизвестна зависимость суммарного
коэффициента .поглощения телескопа ат от температуры,
не представляется возможным определить точную теоре-
тическую зависимость э. д. с. термоприемника от темпера-
туры абсолютно черного излучателя. Вследствие сложной
зависимости э. д. с. термоприемника от температуры ис-
точника шкала прибора не может (быть получена расчет-
ным путем по одной или нескольким экспериментальным
точкам. Поэтому градуировку радиационных пирометров
производят 'методом непосредственного сличения их пока-
заний с температурой абсолютно черного тела.
Недостатками радиационного метода являются:
1) большое расхождение между, радиационной темпе-
ратурой и истинной при измерении нечерных тел, являю-
щееся следствием недостаточной надежности перехода от
радиационной температуры к истинной;
2) значительная зависимость радиационной темпера-
туры от поглощения излучений в промежуточной среде,
учет которого затруднителен.
Погрешности от неполноты излучения и от поглощения
промежуточной средой существенно уменьшаются при мон-
таже телескопа радиационного пирометра на глухой визир-
ной карборундовой трубе, располагаемой в зоне измеряе-
мой температуры. В этом случае замкнутая полость раска-
ленной визирной трубы играет роль черного излучателя.
Однако динамические качества такого датчика темпера-
туры весьма низки и определяются тепловой инерцией про-
межуточного излучателя.
Конструктивно радиационные пирометры состоят из
следующих основных узлов:
1) оптической системы, фокусирующей излучения на-
гретого тела на термоэлектрический приемник пирометра;
эти системы выполняются двух типов: отражательные
(рефлекторные), представляющие собой вогнутые зеркала,
и рефракторные, «в которых используются линзы;
32

2) термоприемника, представляющего собой миниатюр-
ную термобатарею;
3) измерительного прибора.
Поток энергии, поступающей на термоприемник, вызы-
вает нагревание последнего, достаточное для получения
такой (величины термо-э. д. с, измерение которой не (вызы-
вает затруднений.'В ■качестве термоприемников в радиаци-
онных пирометрах применяются термобатареи (специаль-
ной конструкции. Термобатарея радиационного пирометра
представляет собой группу последовательно соединенных
термопар, рабочие концы кото-
рых скреплены с зачерненными
пластинками из платиновой
фольги, либо расклепаны в
тонкие пластинки (рис. 12).
Термобатарея иногда поме-
щается в защитный стеклян-
ный баллончик, заполненный
воздухом или инертным газом
(аргоном). При изготовлении
термоб атар ей р ади анионных
пирометров используются сле-
дующие термоэлектродные ма-
териалы: хромель—копель, же- Рис. 12. Термобатарея радиаци-
лезо—константан, нихром — онного пирометра,
константан и др. В качестве
термоприемников в радиационных пирометрах также при-
меняют полупроводниковые и металлические термосопро-
тивления.
Одним из существенных требований, предъявляемых
к конструкции радиационных пирометров, является неза-
висимость их показаний от расстояния между прибором и
источником излучения (в определенном диапазоне) и от
размеров источника излучения. Для того чтобы размеры
телесного угла не менялись при различных условиях визи-
рования объекта (в определенных пределах расстояния),
между термоприемником и линзой устанавливается диа-
фрагма с отверстием определенного диаметра. В случае
отсутствия такой диафрагмы изображение объекта может
перекрыть не только рабочие концы термопар, но и свобод-
ные концы, что вызовет соответствующее изменение э. д. у.
и внесет ошибку в измерение.
В настоящее время в эксплуатации находится сравни-
тельно большое число различных (конструкций радиацион-
3—321 33

ных -пирометров, которые достаточно подробно рассмотре-
ны IB литературе. Разработаны радиационные пирометры
как со схемами прямого измерения, так и с 'компенсацион-
ными схемами [Л. 15]. В качестве примера ниже будут
рассмотрены некоторые радиационные пирометры отечест-
венного изготовления.
а) Радиационный пирометр РАПИР [Л. 16]
предназначен для. измерения и регулирования радиацион-
типа СУРП-55
Милливольтметр типа МПЩР-53
Рис. 13. Общая схема радиационного пирометра РАПИР.
ной температуры поверхностей нагретых тел (печей, топок
и т. д.) в диапазоне 400—2 500° С. Общая схема пиромет-
ра представлена на рис. 13. В телескопе пирометра распо-
ложен блок термобатарей, на который с помощью оптики
визируется изображение исследуемого объекта. Телескоп
может иметь два показателя визирования 1 — 1/7 и 1/20,
причем переход с одного показателя визирования на дру-
гой осуществляется сменой объективов. В том 'Случае, если
1 Показателем (визирования называется отношение диаметра ви-
зируемого места объекта к расстоянию от телескопа до объекта из-
мерения.
34

температура окружающей среды превышает 60— 100° С,
телескоп пирометра должен быть размещен ib -специальном
кожухе, имеющем водяное или воздушное охлаждение.
При этом ib случае выхлопов пламени автоматически дей-
ствующая заслонка закрывает входное отверстие телеско-
па и специальное устройство (СУРП-55) сигнализирует
о ее срабатывании.
Телеокоп пирометра может работать в комплекте с од-
ним или двумя вторичными измерительными приборами,
в 'качестве которых могут быть применены электронные по-
тенциометры типа ЭПП-16, ЭПП-17 и ЭГГДР-02 и милли-
вольтметры МПЩР-53 и МОЩР-54. При этом панель с
уравнительными и эквивалентными (Сопротивлениями (типа
ПУЭС-54) обеспечивает независимость показаний телеско-
па при различных сочетаниях вторичных приборов.
Телеокоп пирометра РАПИР либо наводится непосред-
ственно на измеряемое тело, либо устанавливается на за-
крытой с одного конца карборундовой трубе, которая по-
мещается в зону измеряемой температуры.
б) Пирометр радиационный компенсиро-
ванный ПРК-600 [Л. 17] предназначен для измерения
радиационной температуры поверхности тел от 600 до
2000° С при температурах окружающего воздуха от 0 до
200° С. Пирометр снабжен автоматической компенсацией
погрешностей показаний, возникающих вследствие измене-
ния температуры корпуса телескопа. Пирометр ПРК-600
предназначен для работы в (комплекте с электронными
потенциометрами ЭП-120, Э.П-107 или БП-102.
Тепловая инерция пирометра не превышает 1,8 сек, по-
казатель визирования имеет величину 1/18.
Пределы измерений и основная погрешность пирометра
ПРК-600 следующие:
Пределы измерения, °С
600-1 200
700—1 400
900—1 800
1 100—2 000
Основная погрешность
(не более) 0° С ...
±12
±14
±18
±22
в) Радиационный пирометр для измере-
ния «н и з к и х» температур [Л. 18]. Диапазон из-
мерений пирометра расположен от 20 до 100° С. В каче-
стве чувствительного элемента применен проволочный тер-
мометр сопротивления, расположенный в фокусе стеклян-
3* h

нош сферического отражателя, алюминированшш с внут-
ренней (стороны. Коэффициент отражения алюминия в диа-
пазоне рабочих длин волн (5—10 мк) составляет пример-
но 95%. Приемное окно датчика закрыто полиэтиленовой
пленкой ic целью з^дохранемия зеркаша и чувствительно™
элемента от пыли и воздушных потоков. Коэффициент
пропускания пленки в диапазоне длин (волн 5—10 мк состав-
ляет 80—90%. КоШенсация (изменения окружающей темпе-
ратуры осуществляется дополнительным термосопротивле-
нием, идентичным приемному и включенным в соседнее
плечо моста (рис. 14). Датчик работает на частоте 50 гц
в комплекте со стандартным электронным мостом .перемен-
ного тока (типа ЭМД-202) с переделанной измерительной
схемой.
Минимальный размер контролируемой поверхности на
расстоянии 600±100 мм от кромки прибора составляет
160 мм (этот размер определяется геометрическими разме-
рами зеркала и болометра).
Допустимая окружающая температура +150 —40° С.
Точность показания ±2° С (при указанном диапазоне
окружающей температуры и изменении расстояния).
36
Рис. 14. Электрическая схема радиационного
пирометра с термосопротивлением , в качестве
чувствительного элемента.
1 — приемный элемент; 2 — компенсационный элемент;
3 — сферическое зеркало; 4 — экраны; 5 — пленка.

Питание моста: стабилизированное 220/127 в, 50 гц.
Постоянная времени датчика без электронного «моста
порядка 5 сек.
3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПИРОМЕТРЫ
ЧАСТИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Фотоэлектрические пирометры можно разделить на две
принципиально различные группы 1. К первой группе, ко-
торая может быть названа пирометрами частичного излу-
чения, относятся пирометры, в которых используется вся
или большая часть области спектральной чувствительности
применяемых фотоэлементов. В этих приборах световой
поток, испускаемый нагретым телом, направляется с по-
мощью объектива непосредственно на фотоэле/мент. Ко
второй группе относятся пирометры, в которых использует-
ся узкая область спектральной чувствительности фотоэле-
мента. При измерении температуры с помощью таких пи-
рометров световой поток проходит через светофильтр, ко-
торый выделяет из него сравнительно узкую спектральную
область. Эти пирометры рассматриваются в § 4.
Зависимость между фототоком 1Го и потоком энергии,
излучаемым черным телом, в фотоэлектрическом пиромет-
ре первого типа выражается следующей формулой:
где k — постоянная;
b\T — спектральная яркость черного тела при темпе-
ратуре Т0 и длине волны Я;
ох — спектральная чувствительность фотоэлемента
при длине волны Я падающего на него света;
Ях и Хп — границы спектрального интервала, внутри кото-
рого спектральная чувствительность фотоэле-
мента отлична от нуля.
Если с помощью такого пирометра измерять темпера-
туру нечерного тела, то для выражения зависимости меж-
ду величиной фототока и истинной температурой необхо-
димо под интеграл вышеприведенной формулы ввести
спектральный коэффициент ехг черноты излучения тела
при температуре Т и длине волны X. Показания прибора
1 Цветовые пирометры не входят в эти группы и рассматривают-
ся отдельно.
37

в этом случае позволяют установить только температуру
черного тела, при которой фототек равен вызываемому не-
черным телом. Перейти от показаний пирометра такого
типа к истинной температуре тела не представляется воз-
можным, так как для этого необходимо знать величину
спектральной чувствительности фотоэлемента и спектраль-
ный коэффициент черноты излучения тела для всех длин
волн от Х\ до Хп (такие данные о «величинах ед для боль-
шинства реальных тел отсутствуют, а известна лишь ве-
личина \ для некоторых длин волн).
Однако фотоэлектрические пирометры частичного излу-
чения, несмотря на то, что они не позволяют выполнять
измерение истинных температур, могут с успехом приме-
няться в системах автоматического контроля и в системах
автоматического регулирования в качестве датчиков, сиг-
нализирующих об отклонении температуры объекта от за-
данного уровня. Существенным положительным качеством
данных пирометров является то, что на их чувствительные
элементы поступает значительно больший суммарный све-
товой поток, чем в яркостных пирометрах (в которых по-
становка светофильтров уменьшает суммарный световой
поток, попадающий на фотоэлемент, на 80—90%). След-
ствием этого является определенное упрощение усилителей,
применяемых в пирометрах частичного излучения, по
сравнению с яркостными пирометрами.
В настоящее время фотоэлектрические пирометры ча-
стичного излучения получили широкое распространение в
промышленности, причем их электрические схемы весьма
разнообразны.
Ниже в качестве примера будут рассмотрены пироме-
тры частичного излучения, разработанные в Советском
Союзе (АРС-49, АРС-52-У, ФЭП-НИИТВЧ).
а) "Фотоэлектрические пирометры ча-
стичного излучения АРС-49 и АРС-52-У [Л. 19].
Эти пирометры в основном предназначены для автомати-
ческого контроля и регулирования температурного режима
закалочных ванн.
По электрическим схемам пирометры представляют со-
бой электронные вольтметры с высоким входным сопро-
тивлением и высокой стабильностью, измеряющие напря-
жение на сопротивлении, включенном последовательно с
фотоэлементом типа СЦВ-3. Фототок создает на нагру-
зочном сопротивлении фотоэлемента падение напряжения,
пропорциональное световому потоку, воспринимаемому фо-
38.

тоэлементом. Это напряжение измеряется ламповым вольт-
метром с высоким входным сопротивлением, причем способ
измерения напряжения в разных типах пирометров раз-
личный.
Пирометр АРС-49 имеет специальный измерительный
потенциометр, напряжение с которого 'компенсирует напря-
жение, формируемое на фотоэлементе. Сигнал ошибки,
равный разности -полезного сигнала и компенсирующего
напряжения, попадает на вход усилителя и после усиления
воздействует на выходной нуль-прибор. В зависимости от
того, какова величина температуры объекта (выше или
ниже величины, установленной на шкале измерительного
потенциометра), стрелка нуль-прибор'а отклоняется в ту
или в другую сторону.
Принципиальная схема прибора представлена на
рис. 15. Одним из основных узлов прибора является фото-
электрическая ячейка, в которой расположены фотоэле-
мент Л\ и ламповый вольтметр Л2ЛЪ. Для регулирования
чувствительности пирометра перед фотоэлементом может
быть установлен оптический клин. Измерительный потен-
циометр питается постоянным напряжением от стабили-
вольта СГ-226 Л4. Усилитель собран по мостовой схеме,
что уменьшает смещение нулевой точки при колебаниях
напряжения питания. Мост состоит из двух ламп типа
6К9М, включенных триодами, и двух промежутков стаби-
ливольта.
Шкала гальванометра Г в пирометре АРС-49 имеет три
зоны указателя состояния процесса: недогрев, режим, пе-
регрев. Центральный диапазон («режим») соответствует
интервалу температур ±10°.
Регулирующая часть фотопирометра выполнена на ба-
зе двухпозиционного электронного регулятора температу-
ры МРЩ Пр-54. Данный регулятор представляет собой
высокочастотный генератор, управляемый стрелкой гальва-
нометра. В анодную цепь лампы генератора включено
электромагнитное реле с ртутным контактом, который
замкнут при положении стрелки гальванометра на шкале
«недогрев» и шкале «режим». При заходе стрелки галь-
ванометра в область «перегрев» реле выключается и ртут-
ный контакт размыкается.
Принципиальная схема пирометра АРС-52-У представ-
лена на рис. 16. В фотопирометре АРС-52-У не имеется
измерительного потенциометра. Шкала миллиамперметра
имеет градуировку непосредственно в градусах. Лампо-
39

40

41

вый вольтметр пирометра представляет собой двухкаскад-
ный усилитель на двойных триодах типа 6Н9С (Л2) и
6H8G(«/73). Оба каскада усилителя собраны по компенса-
ционной схеме с отрицательной обратной связью. Между
анодами выходной лампы 6Н8С включен гальванометр на
500 мка, отградуированный в градусах измеряемой тем-
пературы. Стабильность работы усилителя обеспечивается
применением компенсационных схем, отрицательной обрат-
ной связи и стабилизированного анодного напряжения.
Комплект пирометра АРС-52-У состоит из фотоэлек-
трической ячейки, силового блока и контрольного-прибора.
Пределы измерения 900—2 500° С. Погрешности измере-
ния не превышают ±1%.
Регулирующая часть пирометра АРС-52-У аналогична
регулирующей части пирометра АРС-49.
б) И :н ф р а к р а с н ы й ф отоэл ек т р и ч е с к и й
пирометр частичн ого излучения ФЭП-НИИТВЧ
[Л. 20]. В этом пирометре путем попеременной подачи «а
фотосопротивление (ФС-А1) импульсов излучения изме-
ряемого объекта и излучения тарированной лампы произ-
водится сравнение их интенеивностей. Разность интенеив-
ностей данных излучений измеряется нуль-индикатором
(магнитоэлектрическим миллиамперметром), включенным
на вход усилителя. Регулировкой тока накала эталонной
лампы разность интенеивностей может быть выполнена
равной нулю. В этом -случае температура объекта опреде-
ляется током эталонной лампы накаливания.
Пирометр состоит из двух основных блоков: фотоэлек-
трической (головки и усилителя. В фотоэлектрической го-
ловке размещены фотосопротивление ФС-А1, эталонная
лампа подсветки и оптический коммутатор, выполненный
в виде вибрирующей заслонки (рис. 17).
Рис. 17. Визирная головка пиро-
метра ФЭП-НИИТВЧ.
/ — колеблющаяся заслонка; 2 — фотоэле-
мента—лампа накаливания; 4—катушка
электромагнитного вибратора; 5 — постоян-
ный магнит; 6—визирная трубка; 7— корпус.
42

При проведении «измерений фотосопротивление получает
чередующиеся импульсы излучений от эталонной лампы
и от исследуемого объекта, поступающие с частотой 50 гц.
В цепи фотосопротивления при этом возникает пульсирую-
щий ток, который создает соответствующее падение на-
пряжения на сопротивления R\ (рис. 18). Переменная со-
ставляющая этого напряжения поступает на вход двухкас-
кадного реостатного усилителя на лампах 6К7 и 6С5 (Л\
и Л2). Усиленное 'напряжение подается на соединенные
между собой сетки лампы 6Н8 («/7з)> работающей в схеме
синхронного детектора. Аноды этой лампы соединены с вы-
водами повышающей обмотки силового трансформатора
ТС, средняя точка обмотки соединена с катодами этой же
лампы через потенциометр. 7?16 и два сопротивления /?н и
/?15. Обмотка возбуждения вибрирующей заслонки и ано-
ды лампы Лз питаются от общего трансформатора ТС, по-
этому знаки напряжения на анодах меняются синхронно
частотой приходящих от фотоэлемента импульсов напря-
жения. Ввиду того, что лампа Лъ работает в то время, ког-
да на ее анод подается положительное напряжение, сред-
нее значение анодного тока одной половины лампы опре-
деляется величиной импульсов напряжения, вызванных
излучением эталонной лампы, в то время как ток во второй
половине лампы определяется излучением исследуемого
объекта. Соответствующие анодные токи лампы «773 создают
падение напряжения на сопротивлениях /?н, R\s и R\% Rie-
Ток, протекающий через нуль-прибор Л2, определяется ве-
личиной разности интенсивностей излучения исследуемого
объекта и эталонной лампы накаливания, причем направ-
ление тока зависит от знака разности. 'Последовательно
с нуль-индикатором включены катушки двухпозиционного
поляризованного реле РП\, .которое предназначено для ав-
томатического отключения питания нагревательного эле-
мента при достижении объектом заданной температуры.
Для сохранения высокой чувствительности фотоэлек-
трического пирометра в широком диапазоне измеряемых
температур в усилителе выполнена автоматическая регу-
лировка усиления. Действие ее сводится к тому, что при
увеличении амплитуды приходящего от фотоэлемента сиг-
нала в лампе Лъ возникает ток, увеличивающий отрица-
тельное напряжение на сетке. Постоянная составляющая
этого напряжения через фильтр, состоящий из сопротивле-
ний /?17, /?18, /?19 и конденсаторов С{0 и Си, подается на
управляющую сетку лампы Лг, в результате чего рабо-
43

44

чая точка на ее характеристике смещается на пологий
участок и усиление уменьшается.
Градуировка 'прибора заключается в определении зави-
симости между величиной тока накала эталонной лампы и
температурой объекта, на который направлен пирометр,
при нулевом показании нуль-индикатора.
Быстродействие,, данного пирометра ограничивается
™n"*HEE*l- nnY%T0ffF'4QH времени цепи автоматической регу-
лировки усиления и постоянной "времени схемы сннхротг^
ного детектора*
Технические характеристики пирометра ФЭП-НИИТВЧ следующие:
1. Пределы измерения 3 00—500° С
2. Максимальное время срабатываний при автома-
тической работе 0,*15 сек
3. Разрывная мощность контактов выходного реле 50 вт
4. ЯРКОСТНЫЕ ПИРОМЕТРЫ
В основу оптических методов измерения температуры
тел, обладающих сплошным'спектром излучения, положены
зависимости между абсолютной температурой тел и их
излучательной способностью. Интенсивность монохромати-
ческого излучения Еох с длиной волны Я для абсолютно
черного тела при температуре Т выражается законом Вина:
где cl = 2nhc2 (с — скорость света, А—постоянная Планка);
c2 = ^^-(JV —постоянная Авогадро, R — универсаль-
ная газовая постоянная);
е — основание натуральных логарифмов.
Постоянные сг и с2 соответственно равны 3,17 X
X №-16ккал/м2 и 1№'Ю~2м-град.
Экспериментально установлено, что при сравнительно
небольших величинах произведения XT имеет место доста-
точно точное совпадение расчетных и опытных данных. При
больших XT возникают отклонения опытных данных от рас-
четных тем большие, чем больше XT. В случае использова-
ния для измерений области видимого спектра вышеприве-
денное уравнение достаточно верно до 2 500° С, т. е. в том
диапазоне температур, который применяется в промышлен-
ности. Для (более высоких темперагур монохроматическое
излучение черного тела надежно характеризуется форму-
лой Планка.
45

Интенсивность излучения реальных тел всегда меньше
интенсивности излучения черного тела. Поэтому формулу
Вина можно переписать в следующем виде:
где *1=£ относительная лучеиспускательная способ-
ох ность или степень черноты тела.
Значение ех в зависимости от свойств излучающего
тела и длины волны излучения изменяется в пределах от
О до 1. Тела, у «которых относительная лучеиспускательная
способность для всех длин волн одинакова, называются
серыми телами. Отклонение закона излучения исследуемых
тел от излучения черного тела, определяемое величиной
коэффициента ех, обусловливает, отклонение измеренной
данным способом температуры от ее истинного значения.
Коэффициент ех зависит от значительного числа пара-
метров, и точное определение его величины в большинстве
случаев представляет определенные трудности.
Так как интенсивность монохроматического излучения
зависит от индивидуальных особенностей физического те-
ла, оптический пирометр, предназначенный для измерения
температуры одного физического тела, невозможно приме-
нить без соответствующей градуировки для измерения тем-
пературы другого тела. Вследствие этого возникает необ-
ходимость градуировки приборов по излучению абсолют-
но черного тела, а вместе с тем и введения понятия чер-
ной (условной) температуры (монохроматического излуче-
ния, так называемой яркостной температуры.
Яркостная температура исследуемого объекта соответ-
ствует температуре абсолютно черного тела, при которой
монохроматическая яркость последнего равна монохрома-
тической яркости объекта. Зависимость между яркостной
Тя и истинной Ти температурами определяется следую-
щим выражением.
т„ тя с2 1пеь
Истинная температура тела всегда (больше его ярко-
стной температуры. Переход от яркостной температуры к
истинной возможен только в том случае, когда известен
коэффициент испускательной способности среды ех. Для
46

твердых тел коэффициент испускательной способности • яв-
ляется величиной сравнительно стабильной. Вследствие
этого при многократном измерении температуры одних и
тех же твердых тел в неизменных условиях их истинная
температура может быть определена с достаточной точ-
ностью путем внесения постоянной поправки к яркостной
температуре.
Значительно более трудной задачей является измерение
температуры пламени с помощью яркостного фотоэлектри-
ческого пирометра; в этом 'случае точность измерения тем-
пературы 'будет существенно зависеть от точности измере-
ния коэффициента испускательной способности пламени.
Испускательные способности пламен большей частью ма-
лы и сильно варьируются в зависимости от условий горе-
ния. Практически для определния истинной температуры
пламени с удовлетворительной точностью необходимо каж-
дый раз одновременно с измерением яркостной темпера-
туры измерять испускательную способность пламени в той
же области спектра.
Показания яркостного пирометра также зависят от раз-
меров объекта, от расстояния между объектом и прибором
и коэффициента поглощения промежуточной среды, однако
влияние этих факторов может быть существенно уменьше-
но аппаратурным путем.
В яркостных пирометрах применяются фотоэлектриче-
ские элементы, обладающие максимальной чувствитель-
ностью как в видимой области, так и в инфракрасной обла-
сти спектра. В последнее время в качестве чувствительных
элементов находят также применение оптико-акустические
камеры, которые обладают высокой избирательной чувст-
вительностью в области инфракрасного спектра [Л. 21].
Недостатком оптической пирометрии, использующей
излучения, лежащие в видимой области спектра, является
невозможность измерения температур ниже 700—800° С
для твердых тел и сажистых пламен и ниже 1 200—
1 300° С для бесцветных пламен, окрашенных солями ме-
таллов. Этот недостаток существенно уменьшается при
использовании инфракрасного излучения, позволяющего
значительно снизить нижнюю границу измеряемых темпе-
ратур. Однако необходимо отметить, что отличие яркост-
ной температуры от истинной будет больше при измере-
ниях в инфракрасной области, чем при измерениях в ви-
димой области при одинаковых значениях испускательной
способности [Л. 2]. Это происходит вследствие того, что
47

отличие яркостных температур от истинных определяется
не только величиной испускательной способности, но и эф-
фективной длиной волны, причехМ разность между истин-
ной .и яркостной температурой пропорциональна величи-
не X.
О л т
У
еп
а)
УП
РП
б)
г
УП
РП
УП
РП
г)
ПС
РП
д)
Рис. 19. Структурные схемы яркостных пирометров.
О — объект измерения; Л — линза; Т — фильтр; Ф — фотоэлемент; У — усилитель;
ЯЛ—регистрирующий прибор; Об — обтюратор; УП — усилитель-преобразователь;
Г — генератор; 3 — зе.ркало; М — модулятор; И — источник сравнения;, ЧТ — чер-
ное тело; ПС — пересчетная схема.
Различные структурные схемы, применяемые в ярко-
стных пирометрах, представлены на рис. 19. Яркостные пи-
рометры, в которых не используется компенсационный ме-
тод измерения, могут быть -выполнены: а) без использо-
вания несущей частоты в измерительном сигнале
(рис. 19,а); б) с использованием несущей частоты, созда-
48

ваемой с (помощью оптического обтюратора (рис. 19,6)
или с помощью питания фотоэлектрического элемента пе-
ременным напряжением ('рис. 19,в).
В устройствах, работающих без использования несу-
щей частоты, применяются усилители постоянного тока,
обладающие определенными эксплуатационными недостат-
ками. Вследствие этого такие пирометры могут обладать
некоторой нестабильностью показаний во времени.
Как уже было отмечено, несущая частота может со-
здаваться либо за счет оптической обтюрации светового
потока [Л. 22 и 24] с помощью вращающегося или колеб-
лющегося обтюратора, либо с помощью питания чувстви-
тельного элемента схемы переменным напряжением [Л. 25].
В таких приборах используются резонансные усилители,
имеющие хорошую стабильность показаний во времени.
В 'случае оптической обтюрации светового потока за-
труднительно создание высокой несущей частоты, так как
это связано с необходимостью значительного повышения
числа оборотов диска, что очень нежелательно. Поэтому
в тех случаях, когда необходимо иметь прибор с хорошей
стабильностью показаний во времени и с достаточно вы-
соким верхним пределом частотного диапазона, для со-
здания несущей частоты приходится применять питание
чувствительного элемента переменным напряжением, ко-
торое формируется ламповым генератором, включенным
в схему прибора. Частота напряжения питания чувстви-
тельного элемента (фотосопротивления) в таких устрой-
ствах может достигать 4 ООО гц [Л. 25].
В некоторых яркостных пирометрах используются ком-
пенсационные измерительные схемы, в которых имеется
обратная связь по световому потоку. Работа такого пиро-
метра сводится к 'следующему (рис. 19,г). С помощью ди-
скового обтюратора на фотоэлемент попеременно подаются
излучения объекта и компенсационной лампы накалива-
ния. Получающиеся на фотоэлементе измерительные сиг-
налы, амплитуда которых пропорциональна разности ин-
тенеивностей излучения объекта и лампы, подаются на
специальный электронный блок. Выходной сигнал этого
блока так управляет током компенсационной лампы, что
интенсивность ее излучения в выделенном спектральном
диапазоне равла интенсивности излучения объекта. Измери-
тельным сигналом такого пирометра является сила тока,
подаваемого на компенсационную лампу.
Рассмотренная схема является следящей системой, с
4—321 49

помощью которой температура лампы, осуществляющей
обратную связь, поддерживается равной температуре
объекта.
Применение в яркостных пирометрах компенсационного
принципа измерения позволяет исключить влияние пара-
метров схемы на показания приборов. Однако следствием
этого также является некоторое усложнение прибора и по-
нижение его динамических качеств.
Разработан сравнительно несложный метод, позволяю-
щий с помощью яркостного пирометра измерять истинные
температуры пламен [Л. 26]. Схема прибора в этом случае
сводится к следующему (рис. 19,5). За пламенем распо-
лагаются зеркало и черный экран, установленные таким
образом, чтобы излучения пламени, отраженные от верка-
ла и прошедшие через зону пламени, попадали в один фо-
тоумножитель прибора, а излучения пламени на фоне
черного экрана— ib другой фотоумножитель. Измеритель-
ные сигналы с обоих фотоумножителей после усиления
подаются на электронную пересчетную схему, выходной
сигнал которой пропорционален истинной температуре
пламени.
Истинная температура пламени Т определяется по двум
измеренным яркостным температурам Т\ и Т2 по следую-
щей формуле [Л. 26]:
где R — коэффициент отражения зеркала;
К — коэффициент поглощения кварцевой пластины, рас-
положенной перед тубусом объектива.
Данный метод определения истинной температуры пла-
мени с помощью яркостного пирометра имеет сравнитель-
но простое аппаратурное исполнение и может быть приме-
нен для измерения быстропеременных температур. Точ-
ность рассмотренного метода составляет 2—5%, причем
погрешности будут тем меньше, чем больше абсолютная
величина испускательной способности пламени.
Применяемый для измерения температур пламен ме-
тод выравнивания яркостей и его модификация —метод
поглощения и лучеиспускания [Л. 3] — также позволяют
измерять с помощью яркостного пирометра непосред-
ственно истинную температуру пламени. Сущность метода
выравнивания яркостей заключается в том, что подбирает-
50

ся такая яркостиая температура эталонного источника, при
которой яркость его излучения будет равна суммарной
яркости излучений пламени и излучения эталонного источ-
ника, прошедших через пламя и частично поглощенных в
нем. При этом яр-костная температура эталонного источни-
ка будет равна истинной температуре пламени. В методе
поглощения и лучеиспускания яркости не выравниваются
и истинная температура определяется из измерения трех
величин: яркости эталонного источника, яркости пламени и
яркости излучений источника, прошедших через пламя.
Данный метод, являющийся яркостным методом, приме-
няется как при сравнительно широкой полосе спектральных
излучений, выделяемой обычными светофильтрами, так и в
монохроматической области iD-линии натрия. В последнем
случае в качестве монохроматоров применяются призмен-
ные спектроскопы. Однако аппаратурное исполнение опти-
ческих обтюрационных устройств и принцип действия изме-
рительных схем в обоих случаях одинаковы. Измерительные
системы, работающие по методу поглощения лучеиспуска-
ния линии натрия, рассмотрены в § 6.
Ниже в качестве примера рассмотрены некоторые яр-
костные пирометры, разработанные в Советском Союзе.
а) Фотоэлектрический яркости ый пиро-
метр ФЭП-3 [Л. 27] предназначен для измерения и запи-
си яркостной температуры металла в процессе прокатки.
В пирометре используется узкая спектральная область из-
лучения от 0,6 до 0,7 мк. Выделение рабочего участка
спектра достигается применением вакуумного сурьмяно-
цезиевоого элемента и красного светофильтра.
В электрической схеме пирометра применена отрица-
тельная обратная связь по световому потоку, осуществляе-
мая с помощью лампы накаливания, включенной в анод-
ную цепь выходного каскада. При этом использовано уси-
ление по переменному току с применением модулятора све-
та вибрационного типа. Благодаря применению обратной
связи получена почти прямолинейная шкала прибора и
показания пирометра в этом случае не зависят от измене-
ний коэффициентов усиления отдельных каскадов, чув-
ствительности фотоэлемента и изменений температуры при-
бора.
Общая схема прибора ФЭП-3 представлена на рис. 20.
Изображение визируемого тела 7 фокусируется объектизом
2 через светофильтр 3 на фотоэлемент 1. За объективом
установлена диафрагма 5, обеспечивающая постоянство
4* 51

телесного угла (Излучения, попадающего на фотоэлемент.
Перед фотоэлементом расположена заслонка 6 вибрацион-
ного модулятора света, осуществляющая попеременное
освещение фотоэлемента излучением объекта измерения и
лампы накаливания. Конфигурация заслонки и отверстия
в кассете светофильтра позволяет получать синусоидальное
изменение световых потоков. Световые потоки объекта и
лампы накаливания, попеременно (с частотой 50 гц) попа-
дающие на фотоэлемент, формируют на нем соответствую-
щий пульсирующий фототок. Результирующий ток, полу-
чаемый на выходе фотоэлемента (рис. 21), создает на со-
противлении 7?1 синусоидальное падение напряжения, кото-
рое через конденсатор С\ подается на трехкаскадный уси-
литель напряжения, со-бранный на лампах Л\ и Л2.
С (выхода третьего каскада усиленное напряжение по-
дается на -вход лампы «/73, включенной по схеме фазочув-
ствительного детектора. Анодная нагрузка Ru фазочув«
ствителыного детектора через фильтр R\$ и С9 создает на
сетке выходного каскада Л4 некоторое постоянное отрица-
тельное напряжение, запирающее эту лампу. Фаза на
аноде лампы Лг подбирается таким образом, чтобы сигнал
от фотоэлемента подавался на сетку этой лампы со знаком
минус в тот момент, когда на аноде детектора плюс.
Вследствие этого при появлении нагретого тела перед фо-
тоэлементом детекторная лампа запирается, а лампа вы-
ходного каскада отпирается. Это достигается согласова-
нием фазы анодного напряжения синхронного фазочув-
ствительного детектора и напряжения, питающего элек-
тромагнит светового модулятора. При повышении темпера-
туры нагретого тела отрицательное напряжение на сетке
лампы Л4 уменьшается и ток лампы пропорционально
увеличивается. В анодную цепь этой лампы включена лам-
па отрицательной обратной связи JIq. На сетку фазочувст-
вительного детектора с помощью реостата Ru подается не-
которое первоначальное запирающее смещение. Оно обес-
печивает на лампе выходного каскада начальный ток,
равный примерно 30 ма. Этот ток соответствует начально-
му свечению лампы обратной связи.
В катод лампы выходного каскада включено сопроти-
вление /?1б, которое ограничивает ток этой лампы примерно
до 100 ма и вместе с тем предохраняет лампу от перегора-
ния, и сопротивление Rw, напряжение с которого подается
на потенциометр БП-102.
Анодная и сеточная цепи лампы Лг питаются перемен-
53

ным током от самостоятельных обмоток О и 0{ силового
трансформатора, а анодные цепи всех остальных ламп
питаются постоянным током от 'выпрямителя, собранного
на кенотроне с П-образным фильтром.
Пирометр состоит из пяти отдельных блоков (рис. 22):
а) водоохлаждаемой визирной головки; б) силового бло-
визирнап
голодна
г*П—
1 Стабилизатор
напряжения
Разделительный
трансформатор
h—
Сеть
пи
|о о о[
6~ь/стрцдёистдующий злектрон-
ньшпотенциометртипа &/?-М2
Рис. 22. Об-дий вид пирометра ФЭП-3.
ка; в) феррорезонансного стабилизатора (типа ЭПА-15);
г) быстродействующего электронного потенциометра (типа
БП-102); д) разделительного трансформатора (типа Т-74).
Визирная головка прибора является основным узлом
прибора. Внутри визирной головки монтируются фотоэле-
мент, лампы Л\ и Л2у лампа обратной связи Лв и электро-
магнитный модулятор.
Технические характеристики пирометра ФЭП-3 сле-
дующие: пирометр имеет пять диапазонов измерения
(600—1 100° С; 800—1 300° С; 900—1 400° С; 1 000—1700°С;
1 100—1 800° С). Переход с одного диапазона на другой
54

осуществляется путем замены диафрагмы в объективе
пирометра.
Основная погрешность измерения составляет 1 % от
верхнего предела шкалы прибора.
Показатель визирования пирометра равен V20. При из-
мерении температуры с расстояния 1 м диаметр визируе-
мой поверхности составляет 5 см.
Быстродействие прибора таково, что его указатель при
мгновенном изменении температуры проходит всю шкалу
за 2,5 сек.
>б) Инфракрасный я р к о с т н ы й пирометр
ИКП [Л. 25]. Структурная схема пирометра ИКП пред-
ставлена на рис. 23. Излучение объ-
екта с помощью оптики подается на
фотосопротивление, на которое так-
же подается излучение компенсаци-
онной лампы накаливания К Два
рассмотренных световых потока пре-
рываются вращающимся обтюрато-
ром таким образом, что в течение
одной половины оборота обтюратора
на фотосопротивление попадает из-
лучение от объекта, а в течение дру-
гой п о л о в и н ы — от ком пен с а ци он -
ной лампы. Выходной сигнал, имею-
щий несущую частоту 2 ООО гц, уси-
ливается электронным усилителем
напряжения. Для получения несу-
щей частоты 2 000 гц на каждой половине диска выпол-
нено по 20 отверстий.
Компенсационная лампа прибора получает питание от
оконечного каскада усилительной схемы. При этом при
увеличении энергии, попадающей в прибор от объекта,
накал лампы увеличивается, а при уменьшении данной
энергии — уменьшается. Это обеспечивается включением
в схему фазированного каскада. Таким образом, данная
следящая система обеспечивает автоматическое изменение
тока накала компенсационной лампы при изменении
температуры объекта. 'По показанию прибора, измеряюще-
го силу тока компенсационной лампы, можно судить о ве-
личине измеряемой температуры.
Рис. 23. Блок-схема ин-
фракрасного пирометра
икп.
О — объект измерения; Л —
линза; "ФС — фотосопротивле-
ние; УС — усилитель; ФК —
фазированный каскад; ОК —
оконечный каскад; ИП—из-
мерительный прибор; Об — об-
тюратор; СД — синхронный
двигатель; KJI — компенсаци-
онная лампа.
1 Для исключения воздействия на фотосопротивление излучений
видимой части спектра в качестве светофильтра использована тонкая
пластинка из эбонита.
55

Электрическая схема данного прибора представлена на
рис. 24. Сигнал с фотосопротивления подается на вход
трехкаскадного резонансного усилителя напряжения (Ль
Л2 и Лз). Анодной нагрузкой каскадов служит резонансный
контур с дросселями Др\ в первых каскадах и трансформа-
тором Tpi — в третьем. С вторичной обмотки трансформа-
тора усиленный сигнал подается на левый диод лам-
пы Л4. После детектирования сигнала на нагрузке этой
лампы (дроссель Др2, настроенный конденсатором С20 на
частоту огибающего сигнала — 50 гц) получается сигнал,
пропорциональный разнице в количествах энергии, попа-
Рис. 24. Электрическая схема инфракрасного пирометра ИКП.
дающей на фотосопротивление от объекта и от компенса-
ционной лампы. Фаза этого сигнала изменяется на 180° в
зависимости от того, которая из этих двух энергий окажет-
ся 'больше.
Сигнал низкой частоты, снимаемый с контура Др2 С20у
усиливается триодной частью лампы Л\. На сетку этой
лампы подается автоматическое сеточное смещение с це-
почки /?24 С2\.
С вторичной обмотки выходного трансформатора Тр2
сигнал подается на фазированный каскад (Л5). Этот кас-
кад превращает опрокидывание фазы сигнала частоты
50 гц в перемену полярности напряжения постоянного то-
ка на своем выходе. Фазированный каскад включен по ехе-
56

ме моста, состоящего из 'сопротивлений /?25, R26 и двух по-
ловин вторичной обмотки трансформатора Тр2. Последова-
тельно с этими обмотками включены диоды лампы Л5.
В диагональ моста подведено вспомогательное напряжение
U. С точек 1 и 2 второй диагонали моста снимается вы-
ходное напряжение UBUK.
Амплитуда вспомогательного напряжения берется в не-
сколько раз больше, чем максимальная амплитуда сигнала
на вторичной обмотке трансформатор Тр2. Ток через оба
диода лампы Л$ протекает в положительный полупериод
вспомогательного напряжения, а во время отрицательного
полупериода вспомогательного напряжения оба диода
лампы е/75 оказываются запертыми независимо от величи-
ны сигнала на выходной обмотке трансформатора Тр2.
При отсутствии сигнала падения напряжений на сопро-
тивлениях i?25, #26, обусловленные действием вспомога-
тельного напряжения, взаимно компенсируются и к сетке
оконечного каскада напряжение не подается.
При наличии сигнала на вторичной обмотке трансфор-
матора Тр2, возникает напряжение, имеющее частоту 50 гц.
В зависимости от знака сигнала это напряжение может
склыдываться с вспомогательным напряжением в левой
или правой половине вторичной обмотки. В зависимости от
-соотношения фаз вспомогательного и сигнального напря-
жений (0 или 180°) изменяются полярность напряжения,
подводимого к сетке лампы Л6у а соответственно и величи-
на ее анодного тока. Параллельно сопротивлениям нагруз-
ки лампы Л5 включена емкость С24, которая увеличивает
постоянную времени прибора, повышая его помехоустойчи-
вость.
Выходное напряжение фазочувствительного каскада
подается на вход усилителя мощности Л6. В катодную цепь
усилителя мощности включены компенсационная лампа
КЛ и измерительный прибор ИП. В приборе имеется пе-
реключатель ЯД, который позволяет получить два диапа-
зона измерений температуры. Таким образом, рассмотрен-
ная схема, так же как и схема пирометра ФЭП-3, является
следящей системой, с помощью которой температура лам-
пы накаливания поддерживаемся раиной температуре
объекта.
в) Фотоэлектрический пирометр ФП-З
[Л. 29] предназначен для измерения и автоматического
контроля температуры при термической обработке метал-
лов. Пирометр имеет показывающий прибор с тремя шка-
57

лами, обеспечивающими диапазон измерения от 760 до
1 300° С и релейный выход.
В этом пирометре использован принцип непосредствен-
ной оценки температуры без применения обратной связи
по световому потоку. В качестве чувствительного элемента
применен кислородно-цезиевый фотоэлемент, который вос-
принимает относительно узкий участок спектра излучения
(ширина участка 0,5 мку эффективная длина волны ме-
няется б пределах 1,0—0,8 мк).
Устройство прибора сводится к следующему (рис. 25).
Поток излучений от исследуемого тела направляется с по-
мощью оптики на фотоэле-
мент ФЭ. Возникающий фо-
тоэлектронный ток усили-
вается двухкаскадным уси-
лителем У. Второй каскад
усилителя образует лампо-
вый мост, в диагональ кото-
рого включен показываю-
щий прибор ПП. Замыкание
или размыкание цепи регу-
лируемого объекта осуще-
ствляется с помощью диф-
ференциального реле ДР.
В командной обмотке КО
данного реле с помощью ре-
гулируемого сопротивления PC устанавливается ток, соот-
ветствующий заданной температуре выключения нагрева.
Измерительная обмотка ИО реле включена в цепь пока-
зывающего прибора. Когда токи в измерительной и ко-
мандной обмотках становятся равными, дифференциальное
реле срабатывает и 'включает мощное выходное реле BP.
Выходное реле непосредственно управляет цепями регули-
руемого объекта.
Быстрота действия пирометра обусловливается инер-
ционностью измерительной схемы и реле. Постоянная вре-
мени усилителя не превышает 10 мсек (время перемещения
якоря дифференциального реле 5 мсек, выходного реле
30 мсек).
Техническая характеристика пирометра ФП-3:
предел измерения 760—1 300° С;
показывающий прибор имеет три шкалы с пределами
измерения 760—900; 880—1 100 и 1 060—1 300° С;
цена деления шкалы 20° С,
58
Рис. 25 Блочная схема пирометра
ФП-3.

При расстоянии между объективом телескопа и иссле-
дуемой поверхностью, равном 250 мм, для первой шкалы
диаметр визируемой площадки составляет 4 мм, для вто-
рой шкалы 2 мм и для третьей 1 мм. С увеличением рас-
стояния между входным отверстием телескопа и исследуе-
мой поверхностью диаметр визируемой площади растет
по линейному закону.
Допустимая погрешность показаний прибора от ±18 до
±26° С.
Мощность, потребляемая пирометром, 70 вт; разрывная
мощность контактов выходного реле 506 вт.
5. ЦВЕТОВЫЕ ПИРОМЕТРЫ
Как известно, при повышении температуры абсолютно
черного тела его лучистая энергия перераспределяется по
длинам волн спектра (рис. 26), причем максимум излуче-
ния смещается в направлении малых длин волн (след-
ствием этого является изменение цвета тела при изменении
его температуры). Зависимость спектрального распределе-
Рис. 26.' График, иллюстрирующий смеще-
ние максимумов спектрального излучения
в сторону коротких волн при увеличении
температуры тела.
59

ния энергии излучения черного тела от его температуры Т
может быть выражена с помощью следующего уравнения:
\iaKJ= 0,2884 с м-град,
где Ямакс — длина волны, соответствующая максимальной
интенсивности излучения при данной темпера-
туре Т.
Ввиду этого соотношение интенеивностей излучения при
двух длинах волн будет определенным образом изменять-
ся в зависимости от величины температуры.
Таким образом, по соотношению монохроматических
яркостей при двух длинах волн A,i и Х2 может быть опре-
делена истинная температура черного тела. Для нечер-
ных тел по соотношению двух монохроматических яркостей
может быть определена не истинная температура тела, а
так называемая «цветовая» температура, отличие кото-
рой от истинной зависит от значений коэффициентов
черноты тела eXi и е^. Термин «цветовая» температура
имеет следующее определение: цветовой температурой тела
называется такая температура черного тела, при которой
отношение спектральных яркостей его излучения при двух
длинах волн %\ и %2 равно отношению соответствующих
спектральных яркостей нечерного тела.
В цветовых пирометрах с помощью фотоэлектрических
чувствительных элементов, включенных в соответствую-
щие схемы, измеряется отношение потоков монохроматиче-
ского излучения в двух участках спектра. Показания цве-
товых пирометров в отличие от яркоетных не зависят от
расстояния, размеров излучающей поверхности и оптики
пирометра. Цветовые пирометры также обладают значи-
тельно меньшими методическими погрешностями, чем яр-
костные, вследствие того, что у большинства реальных тел
коэффициент испускательной способности -\ не изменяет-
ся с длиной волны. Такие тела называются серыми, и их
цветовая температура совпадает с истинной температурой.
Связь между цветовой температурой Гц и истинной Тв
определяется следующим выражением:
60

где еХ1 и еХ2 —испускательные способности тел при длинах
волн Ах и А2.
В том случае, если фотоэлектрические приемники цве-
тового пирометра проградуированы по излучению черного
тела, полученные измерительные сигналы пропорциональны
соответствующим яркостным монохроматическим темпера-
турам. Зависимость между яркостными температурами 7^
и ГХа и истинной температурой Тц выражается следующей
формулой:
j 1 — «а
и _1_ . 1
где
Tl2
In 9 Х2 г
При цветовом методе определения температуры в
основное уравнение входит отношение коэффициентов чер-
ноты двух длин волн, значение которого отличается боль-
шим постоянством, чем сами 'Коэффициенты, и для серых тел
равно единице. Таким образом, для серых тел (\=г\)
цветовая температура совпадает с истинной. Для тел, у
которых ех возрастает с ростом длины волны (ех >ех),
цветовая температура меньше истинной. Для тел, у которых
sx убывает с (ростом длины волны (еХа <d Цветовая
температура больше истинной.
При измерении с помощью цветового пирометра темпе-
ратуры несерых тел для определения истинной температу-
ры необходимо знать для объекта отношение испускатель-
ных способностей на соответствующих длинах волн. Если
при измерении температур пламен не вносить требуемые
поправки, то разность между цветовой и истинной темпе-
ратурами для всех видов не очень слабо светящихся пла-
мен будет иметь величину порядка десятков градусов, в
то время как разница между яркостной и истинной темпе-
ратурами составляет сотни градусов [Л. 2].
Таким образом, в случае применения цветового метода
измерения температуры значительно уменьшается поправ-
ка на неполноту излучения по сравнению с яркостным ме-
тодом и практически отсутствуют погрешности, связанные
с геометрией поверхности и изменением расстояния от пи-
рометра до объекта. Уменьшается также влияние на ре-
61

зультат измерения неселективного поглощения /промежуточ-
ной средой.
Методическая точность измерения цветового метода су-
щественно зависит от свойств объекта и в оптимальном
случае составляет 3—4%.
Измерительные схемы цветовых 'пирометров могут быть
выполнены одноканальными и двухканальными. В случае
применения одноканальной схемы два различных монохро-
матических световых потока с помощью оптического ком-
мутатора попеременно 'подаются на один фотоэлектриче-
ский приемник. Одноканальный принцип измерения повы-
шает стабильность характеристик прибора при снижении
требований к постоянству характеристик элементов схемы,
а также к постоянству напряжения питания. При измене-
нии характеристик элементов схемы или величины напряже-
ния питания в одноканальном цветовом пирометре про-
исходит одновременное изменение величин сигналов, соот-
ветствующих различным спектральным яркостям, и вслед-
ствие этого показания прибора не изменяются. Однако
введение в измерительную цепь оптического коммутатора
несколько снижает динамические качества прибора.
В одноканальных цветовых пирометрах могут приме-
няться следующие типы оптических коммутаторов моно-
хроматических световых потоков:
1) о п т и к о -м е х а н и ч е с к и й коммутатор:
а) вращающийся диск с отверстиями, в которых рас-
положены соответствующие светофильтры;
б) колеблющаяся электромагнитная заслонка с при-
крепленными к ней светофильтрами;
2) фотоэлектронный коммутатор, который
представляет собой специальный фотоэлемент, позволяю-
щий с помощью переменного магнитного поля надетой на
него катушки попеременно направлять на анод потоки
фотоэлектронов с разных участков фотокатода;
3) оптико-электрический коммутатор, пред-
ставляющий собой безынерционное оптическое устройство,
прозрачность которого может изменяться под действием
управляющего электрического сигнала (германиевые моду-
ляторы инфракрасных излучений, ячейки Керра и др.).
В настоящее время в большинстве одноканальных цве-
товых пирометров оптический коммутатор выполнен в виде
вращающегося диска, имеющего по периферии опреде-
ленное число отверстий, закрытых разными светофильтра-
ми (например, красным и синим) [Л. 30] (рис. 27,а). При
62

Рис. 27. Структурные схемы цветовых пирометров.
7*1, Г2 — светофильтры; Ф — фотоэлемент; 3 — зеркала; К ~ оптический
коммутатор; Об — обтюратор; У — усилитель; УП — усилитель-преобразо-
ватель; ПС — пересчетная схема; Г — генератор; РП — регистрирующий
прибор.
63

вращении оптического коммутатора на фотоэлемент попе-
ременно попадают излучения различного спектрального со-
става и вследствие этого в измерительной цепи формирует-
ся модулированный по амплитуде электрический сигнал по-
стоянной частоты. В том случае, когда половина общего
числа отверстий диска, расположенных подряд, закрыта
одним светофильтром, а другая половина отверстий — дру-
гим 'светофильтром, происходит осреднение измеряемой
температуры за период времени, соответствующий одному
обороту диска. Для повышения динамических качеств та-
ких приборов желательно применять чередующееся распо-
ложение светофильтров в отверстиях коммутационного
диска.
Имеются схемы цветовых пирометров, в которых иссле-
дуемые излучения разделяются на два потока, проходящих
через разные светофильтры и попеременно подаваемых с
помощью светового обтюратора на один чувствительный
элемент [Л. 31] (рис. 27,6). Динамические качества этой
схемы такие же, как у схемы с неразделенным световым
потоком, в отверстиях дискового коммутатора которой по-
переменно расположены различные светофильтры (рис. 27,а).
Однако точность измерения в этом случае будет более вы-
сокая вследствие того, что световые потоки проходят не-
прерывно через одни и те же фильтры (имеющие неизмен-
ные характеристики), в то время как при установке не-
скольких фильтров в отверстиях вращающегося диска
может иметь место некоторый разброс их характеристик.
В цветовых пирометрах также применяются коммута-
торы, выполненные в виде электромагнитного вибратора
с прикрепленными к нему светофильтрами. Однако такое
юптическое устройство по сравнению с дисковым коммута-
тором менее совершенно вследствие того, что кинематика
движений вибраторной заслонки и амплитуда ее коле-
баний зависят от напряжения питания и от свойств упру-
гого элемента, которые изменяются со временем.
Перспективной с точки зрения .повышения быстродей-
ствия прибора и упрощения его конструкции является заме-
на оптико-механического коммутирования световых пото-
ков электромагнитной коммутацией фотоэлектронных пото-
ков [Л. 32]. В случае коммутации фотоэлектронных потоков
световые излучения непрерывно поступают на катод спе-
циального фотоэлемента (рис. 27,в). Перед фотокатодом
расположены два светофильтра, которые позволяют на-
правлять на первую половину фотокатода излучения
64

одного спектрального диапазона, а на вторую половину —
излучения другого спектрального диапазона. Внутри фото-
элемента на пути фотоэлектронного потока установлена
диафрагма с центральным отверстием, пропускающая на
анод лишь ту часть фотоэлектронов, которые проходят че-
рез отверстие. Остальные электроны задерживаются диа-
фрагмой. С помощью переменного электромагнитного поля,
создаваемого надетой на фотоэлемент катушкой, произво-
дится одновременное отклонение всего потока электронов.
Таким образом, через отверстие диафрагмы на анод попере-
менно поступают фотоэлектроны с участков катода
освещенных различными монохроматическими потоками.
При этом, когда происходит смена одного фотоэлектрон-
ного потока другим, электроны вообще не поступают на
анод, так как средний участок катода затемнен. В цепи
такого фотоэлемента при измерении формируется модули-
рованный по амплитуде электрический сигнал, по которо-
му может быть определена температура объекта. Частота
измерительного сигнала при электромагнитной коммута-
ции может быть выполнена существенно более высокой,
чем в случае применения оптико-механической коммута-
ции, и, Следовательно, в этом случае может быть значи-
тельно повышен динамический диапазон измерительной
системы.
Однако повышение частоты электромагнитной комму-
тации световых потоков можно выполнять до определенно-
го предела, так как при значительном возрастании часто-
ты импульсов светового потока амплитуда электрических
импульсов измерительной системы значительно уменьша-
ется. Это происходит потому, что за время очень ко-
роткого светового импульса величина соответствующего
электрического сигнала не успевает достаточно возрасти,
а поэтому импульсы становятся малоотличными от пауз,
и увеличивается вероятность появления ошибок из-за на-
личия шумов. Вследствие этого при чрезмерном возраста-
нии частоты может произойти снижение точности изме-
рения.
В последнее время разработан германиевый модулятор
инфракрасного бвета, который может найти применение
в одноканальных цветовых пирометрах в качестве опти-
ческого коммутатора [Л. 33]. Германиевый модулятор све-
та является полупроводниковым устройством, изменяю-
щим свою прозрачность под действием управляющих элек-
трических сигналов. Принцип действия такого устройства
5—321 65

основан на том, что в чистом германии поглощение света
в области длин волн более 1,8 мк зависит от концентра-
ции свободных носителей тока (электронов и «дырок»),
поэтому путем изменения концентрации свободных носите-
лей тока можно изменять прозрачность германия в этой
области длин волн.
Такой модулятор представляет собой германиевую
пластинку размером приблизительно 2ХбХ10 мм, меньшие
грани которой отполированы. Большие (грани пластины об-
работаны таким образом, что через них представляется
возможным вводить в пластину добавочные носители то-
ка1. При наличии переменного тока через пластину инфра:
красное излучение, проходящее через ее полированные
грани, оказывается иромодулированным с частотой управ-
ляющего электрического сигнала.
При помощи двух германиевых пластин, расположен-
ных на пути двух монохроматических инфракрасных лучей,
представляется возможным попеременно подавать на чув-
ствительный элемент пирометра различные световые пото-
ки [Л. 34].
В одноканальных цветовых пирометрах в качестве
оптического коммутатора может быть также применена
ячейка Керра, которая позволяет с помощью управляюще-
го электрического сигнала безынерционно прерывать свето-
вой поток. При помощи двух ячеек Керра можно попе-
ременно подавать на чувствительный элемент пирометра
два различных световых потока.
Таким образом, в одноканальных цветовых пиромет-
рах применяются различные оптические коммутаторы, с
помощью которых на чувствительном элементе системы по-
переменно создаются электрические сигналы, соответствую-
щие двум спектральным диапазонам. Для определения
температуры по полученному сигналу применяются различ-
ные измерительные схемы, в которых производится разде-
ление электрического сигнала с помощью электромагнит-
ного коммутатора с последующим измерением соответст-
вующей разности напряжений. Наиболее уязвимым местом
таких приборов является электромагнитный коммутатор из-
1 На больших гранях пластины создан электронно-дырчатый пере-
ход, что дозволяет путем пропускания тока вводить в толщу вещества
пластины добавочное число носителей тока. По прекращении действия
тока добавочные носители «вымирают» .по экспоненциальному закону
с постоянной времени Ю-5 сек. Поэтому рассмотренное устройство
может модулировать световые потоки в частотном диапазоне, верхний
предел которого достигает десятка килогерц.
66

мерительного сигнала, работающий синхронно и синфазно
с оптическим переключателем световых потоков.
Для определения температуры по измерительному сиг-
налу, получаемому с фотоэлемента одноканального цвето-
вого пирометра, может быть также применена схема, рабо-
тающая без разделения сигнала. Ввиду того, что коэффи-
циент т глубины модуляции измерительного сигнала
(т= в^д* Р'ис- 27,а) однозначно связан с измеряемым
А/ 1—оЛ
спектральным соотношением а= g-f т~у+^ у в таком при-
боре может быть использовано устройство для измерения
глубины модуляции [Л. 35]. В этом случае в рассматривае-
мом одноканальном цветовом пирометре определение тем-
пературы будет производиться по величине коэффициента
глубины модуляции электрического сигнала, формируемого
на фотоэлементе.
Двухканальные цветовые пирометры нашли сравнитель-
но небольшое распространение и применяются в основном
в исследовательской практике, когда необходимо выпол-
нять измерение температур, обладающих высокой неста-
ционарностью. Двухканальные цветовые пирометры ввиду
отсутствия оптической коммутации обладают значительно
более высокими динамическими качествами, чем однока-
нальные 'пирометры. В таких приборах измерительные
сигналы каждого . спектрального диапазона передаются
одновременно по независимым каналам и из соответствую-
щего соотношения величин данных сигналов определяется
мгновенная цветовая температура объекта [Л. 36].
Структурная .схема двухканального цветового пиромет-
ра представлена на рис. 27,г. В некоторых схемах с целью
применения резонансных усилителей оба чувствительных
элемента питаются переменным напряжением, формируе-
мым ламповым генератором. Частота питания чувствитель-
ных элементов может быть выполнена настолько высокой,
что она не будет создавать существенных ограничений ча-
стотного диапазона прибора.
В некоторых двухканальных цветовых пирометрах при-
меняются оптические обтюраторы светового потока. В этом
случае в отверстиях вращающегося диска светофильтры
не устанавливаются и отверстия предназначаются толь-
ко для обтюрации светового потока (без его спектрально-
го разделения) (рис. 27,5). До оптического обтюратора
5* 67

(или после него) световой (поток раздваивается с помощью
полупрозрачного зеркала или призмы и через соответст-
вующие светофильтры попадает <на два фотоэлемента.
Вращающийся диск с отверстиями синхронно обтюрирует
оба световых потока, одновременно подавая на оба
фотоэлемента световые импульсы. Измерительные сигналы
с фотоэлементов поступают на усилители, работающие на
несущей частоте, и на соответствующую пересчетную
схему.
Основное отличие такого прибора от его одноканально-
то аналога, рассмотренного выше (рис. 27,6), заключается
в том, что измеряемые электрические импульсы, соответ-
ствующие различным монохроматическим потокам, форми-
руются на фотоэлементах одновременно, в то. время как
в одноканальной схеме эти сигналы соответственно сдви-
нуты по времени. Такое совмещение сигналов приводит к
некоторому повышению динамической точности измерения
за счет осреднения измерительного сигнала за меньшие
промежутки времени. Однако двухканальный цветовой
пирометр с оптической обтюрацией светового потока
нельзя считать оптимальным вариантом прибора данного
типа.
Такая схема благодаря наличию двух независимых
измерительных каналов может обладать весьма высокими
динамическими качествами. Применение же оптической об-
тюрации светового потока существенно снижает частотный
диапазон прибора. Ввиду вышесказанного -более рацио-
нальным с точки зрения повышения динамических качеств
можно считать выполнение двухканальных цветовых пиро-
метров без оптической коммутации световых потоков.
В качестве чувствительных элементов в цветовых пиро-
метрах применяются различные фотоэлектрические элемен-
ты, в том числе вакуумные фотоэлементы и полупровод-
никовые фотодиоды. Разработаны цветовые пиромет-
ры, работающие как в видимой области спектра,
так и в инфракрасной области. Использование инфра-
красной области спектра весьма желательно, так как по-
зволяет применять оптические методы для измерения тем-
ператур ниже 760—800° С. Однако красная граница спек-
тральных характеристик вакуумных фотоэлементов не по-
зволяет применять их в диапазоне волн, имеющих длину
больше 1 мк. В последнее время для этих целей находят
применение фотосопротивления из сернистого свинца, имею-
щие при неохлажденном фотослое границу чувствительно-
68

спи в области инфракрасных излучений порядка 3 мк, од-
нако данные (сопротивления имеют существенную темпера-
турную нестабильность и их световые характеристики не-
линейны. В последнее время также разработаны герма-
ниевые фотодиоды, которые 'могут быть применены в ка-
честве чувствительных элементов в световых пирометрах
[Л. 37]. Красная граница этих фотодиодов (расположена
вблизи 2,0 мк. Особенностью германиевых фотодиодов
является примерно одинаковая их чувствительность по
спектру на участке короче 1,5 мк. Вольт-амперные харак-
теристики германиевых фотодиодов имеют четко выражен-
ный участок насыщения. Предельно допустимая величина
напряжения источника питания составляет 10—15 в. Ха-
рактеристики фотодиода зависят от величины температуры
самого фотодиода, однако использование простого термо-
статирования позволяет получать достаточно высокую ста-
бильность спектральной характеристики. Постоянная вре-
мени фотодиодов составляет 10. мксек, что позволяет ис-
пользовать их при высокой частоте модуляции светового
потока.
Основные трудности создания цветовых пирометров, ра-
ботающих в инфракрасной области, связаны с нестабиль-
ностью приемников излучения и сложностью создания вы-
сокоселективных систем монохроматизации. Характеристи-
ки интерференционных светофильтров зависят от угла па-
дения потока лучистой энергии, т. е. от угла визирования
телескопа; поэтому их применение в пирометрах в ряде
случаев может оказаться малоэффективным. Пленки ряда
органических веществ также не дают возможности созда-
ния стабильных светофильтров.
Оптико-акустические камеры, широко применяемые в
настоящее время в оптико-акустических газоанализаторах,
могут »быть использованы также в цветовых пирометрах
в качестве чувствительных элементов, обладающих высо-
кой чувствительностью и монохроматичностью в инфра-
красной области спектра [Л. 21]. Оптико-акустический чув-
ствительный элемент представляет собой камеру, запол-
ненную газом, обладающим областью резонансного погло-
щения в требуемом участке спектра. При пропускании че-
рез' камеру 'модулированного инфракрасного излучения
возникает эффект звучания газа. Амплитуды возникающих
пульсаций давления пропорциональны спектральной ярко-
сти излучения. Ширина используемых в таких устройствах
69

спектральных участков определяется шириной линии мо-
лекулярного спектра.
Цветовой оптико-акустический пирометр может быть
выполнен как двухканальным, так и одноканальным. В
первом случае (рис. 28,а) на пути светового потока, мо-
дулируемого с помощью дискового модулятора, 'последо-
вательно установлены два оптико-акустических чувстви-
б)
Рис. 28. Принципиальные схемы цветовых пиро-
метров с оптико-акустической ячейкой в каче-
стве первичного преобразователя.
О — объект измерения; Л — линза; Об — обтюратор;
ЧЭ — оптико-акустический чувствительный элемент; ПВ —
прозрачная вставка; М — мембрана.
тельных элемента, каждый из которых заполнен газом,
имеющим свою область резонансного поглощения. При по-
падании в камеры модулированных излучений в газе воз-
никают пульсации давления, которые с помощью микро-
фонов преобразуются в электрические сигналы. Амплитуды
полученных импульсов напряжения U\ и U2 пропорциональ-
ны соответствующим спектральным яркостям, поэтому фор-
мируемые электрические сигналы могут -быть использованы
для определения цветовой температуры объекта. Для до-
полнительной монохроматизации в данных системах мо-
гут 'быть установлены обычные широкополосные свето-
фильтры.
70

Оптико-акустический пирометр может быть /выполнен
также и 'по одноканальной схеме (рис. 28,6). В этом слу-
чае за световым коммутатором располагается оптико-аку-
стическая камера, выполняющая измерение двух спектраль-
ных яркостей. При этом используются либо две области
резонансного 'поглощения одного и того же газа, либо со-
ответствующая смесь двух газов. При последовательном
прохождении через такую камеру двух монохроматических
световых потоков на микрофоне поочередно создаются на-
пряжения, пропорциональные соответствующим спектраль-
ным яркостям.
Можно предполагать, что в случае удачного аппаратур-
ного исполнения оптико-акустические цветовые пирометры,
обладающие рядом положительных качеств, найдут при-
менение в 'промышленности.
В настоящее время для автоматического контроля и
регулирования температур в промышленности применяются
цветовые пирометры с фотоэлектрическими первичными
преобразователями и оптико-механическими коммутатора-
ми световых потоков. Ниже рассмотрены два типа таких
цветовых пирометров (ЦЭП-2М и ЦП-3), разработанных
и изготовленных отечественными организациями.
а) Автоматический фотоэлектронный цветовой
пирометр ЦЭП-2М
"Пирометр ЦЭП-2М предназначен для измерения цве-
товой температуры по излучению раскаленных и расплав-
ленных тел в диапазоне 1 400—2 500° К [Л. 38]. Измерение
цветовой температуры Тцъ этом приборе производится по
величине логарифма спектрального отношения:
где Ьх и Ь2 — интенсивности излучений при Ях и Я2;
с2 — постоянный коэффициент.
В основе прибора ЦЭП-2М лежит одноканальная изме-
рительная схема, изображенная на рис. 29. Излучение
объекта попадает на фотоэлемент через оптическую систе-
му и обтюратор, вращаемый синхронным двигателем. При
вращении обтюратора на фотоэлемент попеременно попа-
дает излучение красной и синей спектральных яркостей.
Ввиду того, что характеристика фотоэлемента зависит от
температуры, он заключен в специальный термостат,
поддерживающий температуру с точностью ±0,5° С. Фор-
71

I о
"rS. i
e i §■£
к о s
« л я н
а ч 2- °
к*3 I S
, «3 Q
S ^ « I
4 я S I
5 « ok
о a ^ ^
аз
~a 3
t H tEVO
1 о ав a
о , _
Q« ^ о a.
О « £ fc« S
о к e?cN, g *
К >=fe
5 О
о к I
SB
о*
о
1=5
tQ
a>
см
о
I 2 «в s
щ с
s« i 2
°з I 2
eo « a"
S 4 c
£ ч « i
с о i
^K I 3
л. s л
f- 2 >»<°
I S.8S
' ев >»ь7
~» о о. о

мируемые импульсы фототока, пропорциональные соответ-
ствующим спектральным яркостям, усиливаются .предвари-
тельным усилителем. Напряжение с выхода 'предваритель-
ного усилителя, расположенного в визирной головке
дрибора, подается по кабелю на вход усилителя со стаби-
лизацией уровней.
Как уже было отмечено выше, обратные значения цве-
товой температуры связаны с величиной логарифма изме-
ряемого спектрального отношения линейной зависимостью.
Поэтому в пирометре применена электронная иересчетная
схема, производящая логарифмирование спектральных
отношений и позволяющая получить линейную шкалу
прибора. Работа пересчетной логарифмирующей схемы сво-
дится к следующему. Импульсные сигналы, величина кото-
рых-'пропорциональна соответственно интенсивностям крас-
ного и синего излучений, подаются на детектор с нагруз-
кой, формирующей импульсы экспоненциальной формы
(перед детектором включен дифференциальный усилитель).
Экспоненциальные импульсы поступают на вход схемы
амплитудного ограничения, где они преобразуются в пря-
моугольные, ширина которых пропорциональна длительно-
сти «красного» и «синего» импульсов (ti и T2):
где Ux и U2 — напряжения, пропорциональные соответст-
венно красной и синей спектральным ярко-
стям;
Uо — уровень ограничения;
a — величина, обратная постоянной времени
цепочки, формирующей экспоненциальные
сигналы.
Полученные прямоугольные импульсы ограничиваются
с помощью сеточного ограничителя, который собран на
двух лампах по мостовой схеме. К сеткам ламп ограничи-
теля подключены контакты коллекторного переключателя,
связанного с электродвигателем, вращающим обтюратор,
поэтому на каждую лампу подаются соответственно «крас-
ный» и «синий» импульсы. В анодные цепи данных ламп
включены магнитоэлектрические приборы, измеряющие
среднее значение тока /ср:
ср ло 0
73

где IQ — уровень импульсов на выходе ограничителя;
О—период тока, питающего электродвигатель обтю-
ратора.
Из предыдущих уравнений получаем:
'ср=41п5Г + *«'
где А0 и В0 — постоянные коэффициенты.
Таким образом, показания прибора связаны линейной
зависимостью с обратными значениями измеряемой цве-
товой температуры.
Пирометр ЦЭП-2М состоит из следующих «блоков: ви-
зирной головки, блока измерения, показывающего и са-
мопишущего приборов и блока питания с феррорезонанс-
ным стабилизатором. В визирной головке пирометра рас-
положены оптическая система с устройством наводки, тер-
мостатированный блок с фотоэлементом, предварительный
усилитель и индикаторный прибор.
Пирометр действует нормально в том 'случае, когда ве-
личина тока, протекающего через индикаторный миллиам-
перметр, находится в пределах 0,2—2 ма.
В комплекте пирометра имеется специальное градуиро-
ванное устройство, состоящее из коллиматора и темпера-
турной лампы. Это устройство при тарировке располагает-
ся в фиксированном положении на объективе.
Для работы с пирометром ЦЭП-2М предназначен са-
мопишущий миллиамперметр типа СМ-2М.
Технические характеристики пирометра ЦЭП-2М сле-
дующие:
1. Диапазон измерения цветовых температур 1 400—
2 500° С.
2. Интервал отдельных поддиапазонов пирометра 200—
300° С с перекрытием шкал не менее 20° С.
3. Число поддиапазонов 3—4.
4. Чувствительность пирометра не менее ±0,25% от
верхнего предела измерения используемого поддиапазона,
5. Основная погрешность измерения пирометра ±1%
от верхнего предела используемого поддиапазона.
6. Пирометр нормально работает в диапазоне окружа-
ющей температуры от —5 до +50° С и при относительной
влажности до 80%.
74

Диапазон температур, измеряемых пирометром
ЦЗП-2М, в случае применения фотоэлементов с еурьмяно-
цезиевым -катодом и использования в (качестве эталонов
излучения температурных ламп типа ЛТ-1 и ЛТ-2 опреде-
ляется данными этих элементов. Применение других излу-
чателей, а тщже экетраполяционных методов градуировки
с использованием линейности шкалы пирометра ЦЭП-2М
позволяет расширить указанные выше пределы изменений
при том же фотоэлементе как вверх (до 3 000° С и выше),
так и вниз (до 1 000°С).
б) Фотоэлектрический цветовой пирометр ЦП-3 (Л. 35]
Блок-схема пирометра ЦП-3 представлена на рис. 30.
Излучения объекта при помощи оптики фокусируются на
отверстия дискового обтюратора. Вращающийся обтюратор,
Рис. ( 30. Блочная схема
цветового пирометра
ЦП-3.
О — объект;' измерения; Об —
обтюратор; Ф — фотоэлемент;
У — усилитель; Д — детектор;
К — коммутатор; Л — лого-
метр; ИП— источник питания;
СФ — светофильтр.
одна половина диска 'которого закрыта синим светофиль-
тром, а вторая — 'красным, пропускает поочередно на фо-
тоэлемент пульсирующие световые потоки двух различных
длин волн %\ и %2- Измерительный сигнал с нагрузки фо-
тоэлемента подается на вход электронного усилителя. По-
лученные сигналы выпрямляются детектором и после раз-
деления в 'коммутаторе подаются на две рамки логометра,
служащего показывающим прибором. Коммутатор рабо-
тает синхронно с вращением диска. Благодаря этому ток
в одной рамке логометра пропорционален световому по-
току с длиной волны Яь а в другой — световому потоку
с длиной волны А,2. Логометр показывает отношение этих
токов, т. е. отношение спектральных яркостей световых по-
токов.
75

Электронная схема цветового пирометра ЦП-3 пред-
ставлена на (рис. 31. Первый каскад усиления выполнен
по схеме катодного повторителя, ib последующих каска-
дах в качестве анодной нагрузки применены резонансные
контуры. Это уменьшает влияние помех промышленной ча^
Рис. 31. Электрическая схема цветового пиро*метра ЦП-3.
стоты. Нагрузкой выходного каскада является мостиковый
выпрямитель с полупроводниковыми вентилями. Выпрям-
ленный ток сглаживается фильтрами #15, С15, R\6, С!б и че-
рез коммутатор К подается в обмотки логометра. Комму-
татор является электромагнитным вибрационным преоб-
разователем с возбуждающей обмоткой, подвижная пла-
стинка которого вибрирует с частотой 50 гц.
6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР
К этой группе датчиков относятся 'быстродействующие
фотоэлектрические устройства, в которых использованы
методы определения температуры по обращению спек-
тральных линий, по (интенсивности насыщенного центра ли-
нии и по относительной интенсивности двух линий. С по-
мощью таких устройств можно производить измерение не-
стационарных температур высокотемпературных пламен и
газовых сред.
Данные устройства пока не применялись в качестве
датчиков температуры в системах автоматического регули-
рования и их использование для этих целей в настоящее
время является в известной степени проблематичным.
76

Однако ввиду того, что вопросы автоматического контроля
и регулирования температур в таких объектах в настоящее
время являются весьма насущными, рассматриваемые ни-
же устройства (и соответствующие методы) могут 'быть
рекомендованы в качестве возможного варианта решения
поставленной задачи.
а) Оптические датчики температуры,
работающие по методу насыщенного центра
спектральной линии
Для определения нестационарных температур пламен и
газовых сред может быть применен метод измерения ин-
тенсивности центральной части насыщенной спектральной
линии щелочного металла, введенного' в исследуемую «сре-
ду. Для этой цели в настоящее время нашел применение
натрий, резонансная линия которого расположена в районе
0,5890—0,5896 мк. Как показали исследования ряда авто-
ров [Л. 39 и 40], с повышением концентредии атомов нат-
рия в пламени ширина спектральной линии натрия растет,
форма линии становится трапециевидной и наступает на-
сыщение ее центральной части-. При концентрации атомов
натрия порядка 1013 в 1 смг пламени и температурах по-
рядка 3 000° К излучение в «центре линии достигает интен-
сивности черного тела и может являться мерой температу-
ры пламени. Таким образом, по яркости насыщенного уча-
стка спектральной линии при отсутствии оамообращения
может быть измерена истинная температура среды. Диапа-
зон температур, измеряемых с помощью данного метода,
при использовании линии натрия достигает 6 000—7 000° С
и ограничивается наступлением ионизации 'атомов натрия,
введенного в измеряемую среду. Недостатком метода явля-
ется то, что его применение возможно только в том случае,
когда имеется уверенность в насыщении центральной ча-
сти спектральной линии.
Метод интенсивности центра спектральной линии может
быть применен от 1 800° С, что было показано в работах
ХГИМИП. Если применять вместо натрия элемент с мень-
шим потенциалом возбуждения, например калий, то грани-
цы применения метода могут быть снижены до 1 500° С.
Верхний предел 1метода практически не ограничен, так как
можно и в этом случае вместо натрия применить элемент
с более /высоким потенциалом возбуждения, например каль-
ций, медь и др. Можно считать, что этот метод
77

Как известно, интерферометр при освещении монохро-
матическим излучением дает интерференционную картину,
состояющую из системы концентрических колец, причем
распределение интенсивности по сечению каждого кольца
соответствует контуру спектральной линии. При этом
в случае освещения интерферометра резонансным излуче-
нием натрия получается интерференционная картина, со-
стоящая из двух систем колец, соответствующих двум
D-линиям натрия. Путем подбора расстояния между пла-
стинами производится совмещение обеих систем колец, что
приводит к значительному увеличению их яркости и кон-
трастности.
Прибор, предназначенный для измерения температуры
с использованием интерферометра Фабри-Оеро в каче-
стве монохроматора [Л. 41], состоит из следующих основ-
ных узлов: объектива Ли интерферометра И-р, длиннофо-
кусной линзы «#2, фотоумножителя Ф и усилителя У
(рис. 32,а). Излучение исследуемого объема пламени Пл,
прошедшее через ограничивающую диафрагму Дь фокуси-
руется с помощью линзы Лх на интерферометр И-р. Перед
интерферометром помещен оранжевый светофильтр Т.
В интерферометре применены пластины, локальная плос-
костность которых составляет 0,03 мк. В качестве отра-
жающих слоев применены полупрозр-ачные слои серебра,
нанесенные на пластины. Для выделения участка черного
излучения спектральной линии использована диафрагма с
78
практически Может 'быть использован для «измерения тем-
ператур пламен и газовых сред, достигающих 10 000° С.
В случае применения, этого метода для измерения тем-
пературы техических пламен приходится решать две за-
дачи. Первой задачей является создание условий, при ко-
торых излучение центральной части спектр-альной линии
является насыщенным. Второй задачей является выбор
подходящего способа измерения интенсивности централь-
ной части спектральной линии. Для этой цели применяют-
ся различные оптические системы, позволяющие выделить
из излучений пламени резонансную спектральную линию и
из данной линии ее центральную часть. В последнее время
в качестве монохром аторов (кроме обычных оптических
спектральных систем) находят применение интерферометр
Фабри-Перо (И резонансная натриевая лампа. Применение
данных моно!хроматоров в рассматриваемых оптических
приборах приводит к существенному упрощению их устрой-
ства.
ТГ . 1 _ _ .

центральным отверстием, выделяющая центральное пятно
интерференционной картины. Интерференционная картина
получается в фокальной плоскости длиннофокусной лин-
зы е/72. Излучения насыщенного участка спектральной ли-
нии, прошедшие через центральное отверстие диафрагмы
Д2> попадают на катод фотоумножителя Ф. Получаемый
электрический сигнал после соответствующего усиления в
усилителе У поступает на регистрирующий прибор РП.
f * г
РП
Рис. 32. Структурные схемы приборов с интер-
ферометром (а) и резонансной лампой (б), ис-
пользуемыми в качестве монохроматоров.
Фон, создаваемый пламенами, имеющими сплошной
спектр излучения, ухудшает контрастность интерференцион-
ной картины и вносит дополнительную ошибку в измерение.
Для уменьшения влияния фона могут быть использованы ин-
терференционные светофильтры, но их применение ограни-
вается интенсивностью фона и его «близостью по длине
волны к исследуемой линии. Весьма перспективным в этом
случае является применение модуляционных методов, поз-
воляющих производить измерение полезного сигнала с уче-
том фона. В качестве модулятора может быть использова-
но пьезоэлектрическое кольцо, расположенное между пла-
стинами интерферометра. На металлизированные торцы
этого кольца подается переменное напряжение, изменяю-
щееся с требуемой частотой. При этом за счет пьезоэффек-
та происходит соответствующее изменение расстояния меж-
ду пластинами интерферометра и получаемая интерферен-
79

циоиная картина модулируется во времши с 'частотой по-
даваемого электрического сигнала. На фотоэлектрический
приемник ib этом случае попадают попеременно излучения
от вершины спектральной линии и от ее фона, и, таким об-
разом, формируется модулированный электрический сиг-
нал. Амплитуда колебаний пьезоэлемента в этом устрой-
стве должна быть выбрана такой величины, чтобы осуще-
ствлялось перекрытие расстояния между двумя соседними
кольцами интерференционной картины. С помощью соот-
ветствующей пересчетной схемы по полученному электри-
ческому сигналу представляется возможным измерять ин-
тенсивность спектральной линии с учетом ее фона К
Пределы частотного диапазона рассмотренного прибора
определяются 'качествами применяемой преобразовательно-
уоилительной системы. Использование модуляционных ме-
тодов измерения не будет существенно снижать верхний
предел частотного диапазона, так \как частота модуляции
измерительного сигнала может быть выполнена весьма вы-
сокой.
Относительно измерения температуры реальных пламен
с помощью данного прибора необходимо отметить следую-
щее. При увеличении толщины пламени или концентрации
атомов натрия спектральные линии могут расшириться на-
столько, что при недостаточной области дисперсии интер-
ферометра их «крылья» перекроются. Это может вызвать
увеличение интенсивности центра интерференционной кар-
тины за счет соседнего кольца, что нарушит однозначную
связь между фототоком и температурой. Это обстоятель-
ство определяет верхний предел концентрации атомов нат-
рия в пламени и предельную толщину пламени для данной
толщины пластин интерферометра. Это особенно нужно
иметь в виду в тех (Случаях, когда в измеряемой среде мо-
гут иметься случайные примеси натрия.
С точки зрения получения оптимальной точности изме-
рения рассмотренную систему более рационально приме-
нять для измерения температуры прозрачных пламен и га-
зов, имеющих в излучениях малый фон.
Таким образом, прибор с интерферометром Фабри-П'еро,
предназначенный для измерения температуры по интенсив-
ности центральной части спектральной линии, обладает
следующими положительными качествами: 1) высокой раз-
решающей способностью и светосилой; 2) (компактностью.
В рассматриваемых пирометрических устройствах в ка-
1 Данный метод модуляции разработан в ХГИМИП.
80

не превышающем 0,01—0,001 А.
Максимальное резонансное свечение в натриевой лампе
наступает при ее температуре, равной 100° С, и при давле-
нии паров натрия в колбе 10~4 мм рт. ст.
Конструктивно резонансная лампа была оформлена в
виде баллона из молибденового стекла с впаянными внутрь
окнами (рис. 32,6). Размещение окон для входа внутрь
лампы возбуждающего света и для наблюдения резо-
нансного излучения было выполнено таким образом, чтобы,
по возможности, избежать самообращения спектральной ли-
нии. Для уменьшения отраженных излучений в лампе была
применена «световая ловушка» (рог Вуда), в которой про-
исходили многократное отражение и поглощение прямого
излучения, идущего от пламени. Однако, несмотря на нали-
чие «световой ловушки», ib излучениях натриевой лампы
присутствует определенное количество рассеянного света,
величин-а которого зависит от качеств лампы (в частности,
от ее конструктивного исполнения) и может составлять до
10% излучения, выделяемого лампой. Это является отри-
цательным качеством лампы, так как снижает точность из-
мерения.
Структурная схема прибора с резонансной лампой пред-
ставлена на рис. 32,6. Излучение пламени Пл с помощью
объектива Лх направляется через входное окно в полость
лампы РЛ. Излучение проходит через лары натрия и да-
лее гасится в световой ловушке. Вызванное им резонансное
излучение паров натрия выходит через второе окно лампы
6—321 81
честве (высокомоно'Хроматйчеакого светофильтра, выделяю-
щего центр спектральной линии, может быть также приме-
нена резонансная лампа [Л. 42], заполненная парами ка-
кого-либо щелочного металла. Для этой цели была исполь-
зована резонансная натриевая лампа, которая представля-
ет собой стеклянную колбу, наполненную парами натрия.
Такая лампа реагирует только на излучения паров натрия,
находящихся в пламени, и выделяет при этом резонансные
излучения, причем только центральная часть спектральной
линии резонансно поглощается парами натрия в лампе,
а ее ниспадающие участки не вызывают резонансных излу-
чений. Разрешающая сила лампы определяется ее физиче-
скими свойствами как резонансной системы, возбуждае-
мой светом ib весьма узком спектральном интервале, соот-
ветствующем ширине резонансных линий. Основываясь на
данных ряда исследователей [Л. 42], можно считать, что
резонансная лампа реагирует на излучение в интервале,
о

и линзу Л2 и (воспринимается фотоэлектронным умножите*
лем Ф. Для уменьшения 'влияния рассеянного света на из-
мерительный сигнал перед фотоумножителем установлен
оранжевый светофильтр Т. В этом приборе направления
возбуждающего излучения и измеряемого резонансного из-
лучения взаимно-перпендикулярны. Сигнал, создаваемый
на фотоэлектронном умножителе, после усиления в усили-
теле У может быть подан на регистрирующий прибор РП
или на соответствующее регулирующее устройство.
Применение резонансной лампы в качестве монохрома-
тора в системах, измеряющих температуру по интенсивно-
сти насыщенного центра 'Спектральной линии, создает опре-
деленные преимущества в отношении аппаратурной просто-
ты и компактности прибора. Такая система имеет широкий
частотный диапазон измерений и обеспечивает определение
высоких температур (до 6 000° С). Однако недостатками
резонансной лампы являются наличие в ее излучениях рас-
сеянного света, а также необходимость поддержания стро-
гого температурного режима ее работы. Последнее явля-
ется следствием существенной зависимости резонансного
излучения от температуры лампы.
б) Оптические датчики температуры,
работающие по методу обращения спектральной линии
Для измерения температур прозрачных пламен, обла-
дающих линейчатым спектром, применяется метод обраще-
ния спектральных линий щелочного металла, который вне-
большом количестве вводится в пламя. Для этой цели
обычно применяется натрий, пары которого обладают тер-
мическим излучением. Сущность метода измерения темпе-
ратуры пламени по обращению линии натрия заключается
в следующем [Л. 2 и 4]. Если с одной стороны окрашенно-
го натрием пламени поместить температурную лампу, то
излучение £Хс, наблюдаемое с помощью спектроскопа,
установленного с другой стороны пламени и наведенного
через пламя на температурную лампу, будет равно сумме
излучения пламени ЕХп и излучения лампы, прошедшего
через пламя £Хл (1—аХп):
£Хс = £Хп+£Хл(1-аХп)^
где аХп — коэффициент поглощения пламени в области
линии натрия.
82

При температуре пламени, равной яркостной темпера*
туре лампы, на основании закона Кирхгофа
Таким образом, ори равенстве температуры пламени и
яркостной температуры лампы поглощение пламенем из-
лучения лампы в области линии натрия становится равным
излучению самого пламени в той же области спектра.
В спектроскопе при этом будет наблюдаться непрерывный
спектр -излучения лампы, как в случае (отсутствия пламени.
Это явление называется обращением линии натрия. Пламя
с температурой, меньшей яркостной температуры лампы,
поглощает больше, чем излучает, и линия натрия в спектре
будет более темной, чем ее фон. В случае, когда темпера-
тура пламени больше температуры лампы, линия натрия
в спектре будет более светлой, чем ее фон. Регулируя на-
кал лампы до наступления момента обращения спектра,
можно определить температуру пламени по яркостной тем-
пературе лампы, которая должна быть найдена независи-
мым измерением.
Метод обращения спектральных линий может быть при-
менен не только в случае пламен линейчатого спектра, но
в некоторой мереи для светящихся пламен, дающих
сплошной спектр, причем точность метода падает по мере
усиления яркости 'Сплошного спектра пламени. Однако, ес-
ли величина иопускательной способности сажи, являющей-
ся в большинстве случаев источником излучений сплошно-
го спектра, меньше чем 0,2, погрешностями измерения, вы-
званными наличием сажи в пламени, можно пренебречь
[Л. 2].
Точность данного метода не зависит от того, какому
элементу принадлежит используемая спектральная линия,
и от того, в какой области спектра она расположена. Точ-
ность метода повышается при увеличении дисперсии спек-
трального аппарата и концентрации элемента в пламени
и при оптимальных условиях может составлять ±10°. Во-
просы точности измерения температуры пламени с по-
6* 83

Мощью метода обращения спектральных линий подробно
рассмотрены в литературе [Л. 2].
Быстродействующие приборы, работающие с применением
разновидностей (метода (обращения и создающие электри-
ческий измерительный сигнал, могут быть разделены на
две группы: а) устройства, работающие по методу вырав-
нивания яркостей в области линии натрия; б) устройства,
работающие по методу лучеиспускания — поглощения в
области линии натрия.
Д л я изм ер ени я н еста ционарн ых темп ер атур р азр а б о -
тано устройство, в котором 'монохроматическая яркость
источника сравнения автоматически выравнивается с мо-
нохроматической яркостью нестационарного пламени
[Л. 43]. Регулирование монохроматической яркости источ-
ника сравнения производится таким образом, что линия
натрия, излучаемая нестационарным пламенем, находится
непрерывно в режиме обращения на фоне спектра излуче-
ний источника сравнения. Для сохранения неизменного со-
стояния обращения спектральной линии натрия при изме-
няющейся температуре пламени необходимо, чтобы в лю-
бой момент времени яркостная температура источника
сравнения совпадала с температурой пламени. В рассмат-
риваемом приборе в качестве безынерционного источника
ср авнения п р им еня ется газ о р аз р я д н ая н а три ев а я л а м п а
монохроматического излучения.
Прибор работает по принципу 'автоматического вырав-
нивания спектральных яркостей линии натрия в двух по-
токах монохроматических излучений (рис. 33,а). Первым
потоком 1 'является излучение источника сравнения Л,
подаваемое через монохроматор М-р на фотоумножитель
Ф\, вторым потоком 2— излучение того же источника
сравнения «/7, прошедшее через пламя Плу частично погло-
щенное в нем и попадающее через монохроматор на вто-
рой фотоумножитель Ф2. В том случае, если истинная
температура пламени равна яркостной температуре источ-
ника сравнения, будет иметь место обращение линии нат-
рия. При этом интенаивности обоих световых потоков 1
и 2 будут равны, так как пары натрия, находящиеся
в пламени, будут излучать столько же, сколько поглоща-
ют. Фотоумножители Ф{ и Ф2, воспринимающие первый и
второй световые потоки, включены в мостовую измеритель,
ную схему. Нарушение температурного равновесия пламе-
ни и лампы вызывает нарушение равновесия измеритель-
ного моста. Получаемый неравновесный сигнал питает
84

Рис. 33. Принципиальные схемы оптических устройств, измеряющих
температуру с помощью модификаций метода обращения спектраль-
ных линий.
Л—источник сравнения; Д — диски оптических коммутаторов; Пл — пламя;
М-р _ монохроматор; Ф — фотоэлемент; У — усилитель; ПС — пересчетная схема;
РП — регистрирующий прибор.
85

газоразрядную лампу, изменяя ее яркость до (восстановле-
ния температурного равновесия лампы и пламени.
Таким образом, оптическая и электронная -системы при-
бора так управляют током питания газоразрядной лампы,
что ее температура изменяется эквивалентно изменению
температуры пламени. Регистрация величины спектраль-
ной яркости газоразрядной лампы производится с по-
мощью третьего фотоумножителя Фз, включенного в от-
дельную измерительную систему. Величина получаемого
при этом измерительного сигнала соответствует темпера-
туре пламени.
Динамические характеристики такого прибора опреде-
ляются в основном динамическими качествами «системы,
управляющей режимом работы натриевой лампы, а также
динамическими качествами системы, применяемой для из-
мерения спектральной яркости лампы.
В случае применения данного устройства в качестве
датчика температуры в системах автоматического регули-
ров1ания источник сравнения может быть выполнен в виде
вольфрамовой лампы, работающей в стационарном ре-
жиме.
Интенсивность излучения источника сравнения уста-
навливается заранее и соответазует требуемому режиму.
Питание лампы осуществляется от самостоятельного ис-
точника. В такой схеме сигнал разбаланса, появляющийся
на (измерительном мосте при снижении или повышении
температуры пламени относительно температуры источни-
ка сравнения, подается непосредственно на регулирующее
устройство, изменяющее режим пламени.
В последнее время создана измерительная система, ра-
ботающая по такому же методу, но отличающаяся тем, что
сравнение спектральных яркостей пламени и источника
сравнения (в области линии натрия) осуществляется не
с помощью двух отдельных измерительных каналов с дву-
мя фотоэлектронными уножителями, как в рассмотренном
выше приборе, а с помощью одноканального фотоэлектри-
ческого устройства [Л. 44]. На фотоэлектронный умножи-
тель этого прибора (рис. 33,6) с помощью вибрирующего
зеркала попеременно (с частотой 60 гц) подаются излуче-
ния спектральной линии, излучаемой пламенем, и ее фона,
создаваемого источником сравнения. Таким образом, в этом
приборе применено развертывание в электрический сигнал
профиля спектральной линии (с учетом ее фона), для чего
использовано сканирование вдоль спектра.
86

Полярность электрических импульсов в получаемом
сигнале будет зависеть от того, является ли исследуемая
спектральная линия светлее или темнее фона источника
сравнения. С помощью специальной электронной схемы
осуществляется воздействие на режим работы источника
сравнения, причем направление этого воздействия зависит
от полярности и амплитуды импульсов на сигнале фото-
электронного умножителя. Схема отрегулирована таким
образом, что ток, подаваемый на лампу источника сравне-
ния, будет неизменным только в том случае, когда имеет
место «момент обращения, т. е. когда на сигнале, форми-
руемом фотоэлектронным умножителем, •отсутствуют как
положительные, так и (отрицательные импульсы.
Таким образом, в этом устройстве температура источ-
ника сравнения изменяется в (Соответствии с изменением
температуры пламени. Температура источника сравнения
измеряется с помощью отдельного оптического пирометра.
Ввиду того, что в рассмотренной схеме применена ча-
стота сканирования спектральной линии 60 гц и в качестве
источника сравнения использована лампа (накаливания,
динамические (качества этой схемы существенно ниже пре-
дыдущей.
Для (измерения нестационарных температур пламен
применяется метод лучеиспускания — поглощения в обла-
сти линии натрия, который является модификацией метода
выравнивания яркостей. В методе лучеиспускания — по-
глощения яркости не выравниваются, и истинная темпера-
тура пламени определяется из измерения трех величин:
а) яркости источника сравнения; б) яркости пламени;
в) яркости излучений источника сравнения, прошедших
через пламя, плюс яркость пламени. Метод лучеиспуска-
ния — поглощения применим для измерения температур
как светящихся, так и прозрачных пламен. В последнем
случае измерение производится по излучениям определен-
ной спектральной линии. Эта спектральная линия может
рассматриваться как участок сплошного спектра, из кото-
рого щель спектрографа выделяет такой же диапазон
длин волн, как из излучений источника сравнения. Если
измерить яркость спектральной линии Уп получающуюся
при освещении прибора одним пламенем, яркость спект-
ральной линии / при просвечивании пламени эталонной
лампой и яркость фона Ул> получающегося рядом со
спектральной линией при просвечивании пламени эталон-
87

где Тл — яркостная температура лампы;
с2 — постоянный коэффициент.
Структурная схема прибора, работающего с использо-
ванием рассмотренного метода [Л. 45 и 46], изображена
на рис. 33,в. Измерительная система включает в себя
источник сравнения (вольфрамовую лампу Л), призмен-
ный 'монохроматор {М-р), оптико-механический прерыва-
тель с двумя дисками (Дх и Д2), фотоумножитель Ф с
усилительной системой У и электронную пересчетную схе-
му ПС. При измерении излучение, идущее от вольфрамо-
вой лампы, расположенной за пламенем, периодически с
частотой 300 гц прерывается с помощью вращающегося
диска Д\ с отверстиями, расположенного между вольфра-
мовой лампой и пламенем. Излучение, идущее от пламени
в прибор, прерывается с частотой 60 гц с помощью второ-
го диска Д% имеющего окружные прорезы. Эти дисковые
обтюраторы расположены на одной оси и вращаются
с одинаковой скоростью. Разная степень модуляции свето-
вого потока, попадающего в прибор, осуществляется бла-
годаря различному числу и различной форме отверстий,
выполненных в дисках. Фотоэлектронный умножитель,
расположенный на выходе призменного монохром!атора,
воспринимает соответственно модулированный монохрома-
тический световой поток.
На рис. 33,0 представлен электрический 'сигнал, форми-
руемый на фотоэлементе прибора. В начале измерения до
появления пламени регистрируется калибровочный сигнал,
который получается в результате модуляций дисковым
прерывателем Дх излучения (вольфрамовой лампы. После
появления исследуемого пламени измерительный (сигнал
приобретает двойную модуляцию от двух вращающихся
дисков Дх и Д2.
Истинная температура пламени может быть определена
в каждый момент времени из соотношения параметров
a, b и с измерительного сигнала (рис. 33,0). Величина
сигнала а пропорциональна интенсивности излучения
вольфрамовой лампы а = КЕл, где К—коэффициент
усиления измерительной схемы. В моменты времени, когда
88
ной лампой, то по нижеприводимой формуле можно опре-
делить температуру (пламени Тп [Л. 4]:

излучение вольфрамовой лампы через дисковый прерыва-
тель Дх попадает ib пламя и затем, пройдя через него, вос-
принимается фотоэлектронным умножителем, формируется
измерительный сигнал Ь. Величина этого 'сигнала пропор-
циональна суммарной интенсивности излучения пламени и
•излучения лампы, прошедшего через пламя b = a(l—а),т.е.
Ь=(\—а) КЕЛ> где а—'коэффициент ноглощательной спо-
собности пламени. В те промежутки времени, когда путь
для прохождения излучения лампы через пламя закрыва-
ется дисковым прерывателем Дь измерительный сигнал
имеет величину с> которая пропорциональна интенсивно-
сти излучения пламени Еп-с = КАЕ1]1 где А — коэффи-
циент излучательной способности пламени.
Используя закон Вина, из вышеприведенных уравнений
получаем формулу, по которой может быть определена
истинная температура пламени Тп [Л. 36]:
с -еХР К (тп ТЛУ
При измерении излучения спектральной D-линии натрия
вышеприведенное уравнение хможет быть написано в сле-
дующем виде:
*=± = ехр 43,7 (103/T - 103/Гл).
Для определения температуры по дайной зависимости
может быть применена 'сравнительно несложная электрон-
ная переочетная схема, выходной сигнал которой пропор-
ционален Тп.
Точность данного метода измерения для температур
порядка 2 000—2 500°С составляла 100° С [Л.-45].
По такому же принципу измерения работал прибор [Л. 47],
принципиальная схема которого представлена на рис. 33,г.
Основное отличие этого прибора от рассмотренного выше
заключается в том, что в его измерительном сигнале, кро-
ме импульсов, величина которых пропорциональна интен-
сивности излучения пламени и интенсивности излучения
источника сравнения, прошедшего через пламя, имеются пе-
риодические импульсы, величина которых пропорциональ-
на интенсивности излучения источника сравнения. Это до-
стигается применением отдельного оптического канала, по
которому излучения источника сравнения, минуя пламя,
попадают непосредственно на фотоумножитель. Введение
в измерительный сигнал таких импульсов дает возможность
89

проводить измерение с некоторым повышением точности,
так «как в этом случае может 'быть исключено влияние не-
стабильности (работы схемы.
Устройство рассматриваемого .прибора сводится к сле-
дующему. Излучение источника сравнения с помощью си-^
стемы зеркал и линз разделяется на два потока (рис. 33,г).
Верхний поток излучения, пройдя через первый дисковый
прерыватель Цх и исследуемое пламя Ял, попадает на мо-
нохроматор М-р. Затем данные излучения проходят через
второй дисковый прерыватель Д2 и, отразившись в системе
зеркал, попадают на фотоэлектронный умножитель Ф.
Путь нижнего потока излучения эквивалентен верхнему
с той лишь разницей, что он не проходит через зону пла-
мени. Дисковые прерыватели, вращающиеся на одной оси,
попеременно направляют на фотоэлектронный умножитель
световые потоки, идущие по (верхнему и нижнему оптиче-
ским каналам. Число, форма, размер и взаимное распо-
ложение отверстий на дисковых прерывателях выполнены
таким образом, что на фотоумножитель периодически по-
падают излучения трех видов. При этом на измерительном
сигнале периодически формируются отметки, состоящие из
трех импульсов, имеющих различные амплитуды. Ампли-
туд а первого импульса пропорциональна интенсивности
излучения пламени, амплитуда второго — интенсивности
излучения источника сравнения и амплитуда третьего —
суммарной интенсивности излучений пламени и источника
сравнения, наблюдаемого через пламя. Общая методика
определения температуры по параметрам измерительного
сигнала 'аналогична изложенной выше. Если в рассматри-
ваемом измерительном устройстве применить электронный
блок, производящий соответствующие лересчетные опера-
ции с первичным электрическим сигналом, то выходной
сигнал прибора будет пропорционален величине темпера-
туры.
Верхний предел частотного диапазона приборов такого
типа определяется применяемой частотой коммутации со-
ответствующих излучений, поступающих на фотоумножи-
тель. Повышение частоты коммутации лимитируется необ-
ходимостью выполнения точной балансировки вращающих-
ся дисков, а также высокой требуемой точностью
выполнения геометрических размеров отверстий в дисках.
В большинстве приборов данного типа время, в течение
которого на измерительном сигнале создается количество
импульсов, достаточное для одного дискретного определе-
но

шя температуры, составляет 0,01—0,001 сек. Существен-
ное повышение динамических свойств данных систем воз-
можно в случае применения вместо дисковых обтюраторов
двух ячеек Керра.
в) Оптический датчик температуры, работающий по методу
относительной интенсивности спектральных линий
Для определения нестационарных температур пламен и
газовых сред применяется метод относительных интенсив-
ностей спектральный линий при его аппаратурном исполне-
нии с фотоэлектрическим получением измерительного сиг-
нала. Данный метод определения температуры основан на
измерении отношения полных энергий, излучаемых двумя
сравниваемыми спектральными линиями [Л. 48 и 49].
В качестве уравнения, связывающего измеряемое отноше-
ние интенсивностей Л//2 с температурой пламени Г, ис-
пользуется следующее выражение:
где е1Э еа, А1У А2 и g19 g2 — соответственно энергия воз-
буждения, вероятности переходов и статистические веса
исходных уровней.
Измеряя интенсивность двух линий одного и того же
элемента с известными значениями е, А и g,поданной фор-
муле можно определить температуру исследуемого источ-
ника излучений. Недостатком метода является то, что при
его применении необходимо знать атомные константы ли-
ний, а также необходимо предварительно убедиться в от-
сутствии самообращения. Применение метода относитель-
ных интенсивностей наиболее рационально при измерении
очень высоких температур (порядка десятков тысяч граду-
сов). Применение этого метода при температурах, меньших
3 000—4 000° С, менее целесообразно, так как могут воз-
никать существенные ошибки за счет реабсорбции.
Прибор, предназначенный для измерения температуры
по методу относительных интенсивностей спектральных
линий, представляет собой четырехканальный фотоэлек-
трический спектрометр, позволяющий одновременно реги-
стрировать две спектральные линии и два участка сплош-
ного спектра, являющихся фоном рассматриваемых спек-
тральных линий [Л.38]. В приборе в качестве монохрома-
тора применена дифракционная решетка. В фокальной
плоскости прибора расположены четыре щелц с фотоэлек-

тронными умножителями Фь Ф2, Фз и Ф4, свободно пере-
мещаемыми по спектру (рис. 34). Такое устройство позво-
ляет выделить ту или иную спектральную линию или уча-
сток спектра, как угодно близко расположенные друг
к другу.
г
М-р
-со-
ТУ
пс
ту
<1У
РП
Рис. 34. Принципиальная схема оптического устройства, измеряющего
температуру по методу относительных интенеивностей спектральных
линий.
М-р — монохроматор; Ф — фотоэлемент; У — усилитель; ПС — пересчетная схема;
РП — регистрирующий прибор. .
Для непосредственного получения электрического сигна-
ла, пропорционального величине ~- » в данном приборе
применена электронная пересчетная схема, выполняющая
вычитание соответствующих сигналов и логарифмирование
получающегося отношения.
Верхний предел частотного диапазона такого прибора
определяется качеством применяемых усилителей и пере-
счетной схемы.
7. СКАНИРУЮЩИЕ ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ
ТЕМПЕРАТУРЫ
В настоящее время в целом ряде объектов возникла
необходимость измерения полей температур. Для этой цели
используются различные фотографические методы [Л. 50 и
51], а также некоторые новые фотоэлектрические методы и
устройства \ формирующие электрические сигналы и по-
зволяющие управлять режимом работы соответствующих
объектов. В этом параграфе рассмотрены некоторые перс-
пективные методы измерения полей температур, а также
возможные принципиальные схемы соответствующих
устройств. Разработка методов и аппаратуры для измере-
1 Для этой цели, в частности, находят применение методы, разра-
ботанные в телевизионной технике [Л. 52 и 53].
92

ния температурных полей, судя «по вниманию, уделяемому
этому вопросу как у нас в Советском Союзе, так и за гра-
ницей, является в настоящий момент весьма актуальной.
Разработан ряд новых специальных пирометрических
устройств, предназначенных для этих целей, из рассмотре-
ния принципов построения которых уже намечается воз-
можное направление развития таких систем.
В последнее время для анализа некоторых плоских фи-
зических полей начинает применяться метод сканирова-
ния (метод построчного анализа поля [Л. 54]). Этот метод
также может быть применен при анализе температурных
полей, спроектированных на плоскость. В этом случае рас-
сматриваемый метод может быть назван методом оптиче-
ского сканирования температурных полей по их оптическо-
му изображению. Существо метода оптического сканирова-
ния температурных полей сводится к следующему (рис. 35).
С целью получения электрического сигнала, мгновенные
значения которого соответствуют местным температурам
измеряемого температурного поля, производится оптиче-
ское сканирование (построчный анализ) изображения объ-
екта, спроектированного на входной экран сканирующе-
го датчика (СД). При этом сканирование изображения
объекта производится по тем линиям объекта, по которым
необходимо 'знать мгновенный рельеф температурного по-
ля. Выполнение сканирующего датчика может быть весь-
ма разнообразным в зависимости от того, какая темпера-
тура 1 объекта измеряется и какой тип (или вид) сканиро-
вания изображения является оптимальным в данном случае.
Сигнал, полученный со сканирующего датчика после соот-
ветствующего усиления, поступает на пересчетную схему
ЯС, в которой .(с учетом применяемого метода из-
мерения температуры и физических свойств из-
меряемого объекта) формируется электрический
сигнал, пропорциональный величине температуры точек
объекта, сканируемых в данный момент времени. Получен-
ный таким образом электрический сигнал в зависимости от
примененного вида развертки и от числа «строк»2 разверт-
1 Методические вопросы измерения температуры объектов с по-
мощью сканирующих пирометров и вопросы выбора оптимальных ме-
тодов измерения температуры в зависимости от физических свойств
объекта (яркостных, цветовых и др.) аналогичны соответствующим ме-
тодическим вопросам, возникающим при измерении температуры с по-
мощью пирометров, наводимых на определенную точку объекта.
2 Строка изображения — термин, заимствованный из телевизионной
техники.
93

Ки изображения может быть подан на осциллограф бсц.
или на другой регистрирующий прибор, где он соответст-
венно регистрируется.
Вид или тип сканирования, а также скорость сканирова-
ния объекта, применяемые в таком методе измерения, опре-
деляются поставленной задачей измерения и динамически-
6
Рис. 35. Принципиальная схема сканирующего пирометра,
предназначенного для измерения поля температур.
СД — сканирующий датчик; У — усилитель; ПС — пергсчетная схема;
Осц — осциллограф; АБВГ — исследуемое поле температур; Ти Т2,
Tst ТА, Тъ и Гв —линии равной температуры; "//—//',
///—///' — линии развертки поля температур сканирующим датчиком.
ми качествами объекта. В зависимости от того, какое число
«температурных сечений» объекта необходимо выполнить
при измерении, выбирается соответствующее число строк
развертки объекта, причем скорость сканирования выбира-
ется исходя из нестационарности температурного поля.
Необходимо отметить, что в сканирующем оптическом
пирометре не вносится дополнительных ошибок в методы
измерения температур, применяемые в пирометрах, наводи-
мых на одну точку объекта. Поэтому такие устройства бу-
дут обладать примерно такой же методической точностью
94

измерений, как и соответсФвуюЩйе пирометры (яркостйыё,
цветовые и др.), наводимые на одну точку объекта.
В ряде случаев является необходимым измерять сред-
нюю температуру объектов, с одновременной регистрацией
общей температурной картины поля. В таких объектах при-
менение метода оптического сканирования является наи-
более рациональным. Как известно, оптический датчик
температуры предназначен для того, чтобы формировать
электрический измерительный сигнал, в котором содержит-
ся информация о температурном состоянии объекта. В на-
стоящее время применяются оптические датчики (пиромет-
ры), которые наводятся на одну точку (или, вернее, опре-
деленную зону объекта) и которые соответственно
дают информацию о температуре этой точки (или зоны)
объекта. В тех случаях, когда поставлена задача измере-
ния или поддержания на определенном уровне температу-
ры заданной точки объекта (вне связи с его общим темпе-
ратурным полем), она может быть с достаточной точно-
стью решена с помощью оптических пирометров, визируе-
мых на данную точку (или зону) объекта. При этом встает
лишь вопрос о выборе оптимального метода измерения
температуры тела с учетом всех его физических особенно-
стей.
Однако достаточно часто ставится задача об измерении
или поддержании на заданном уровне средней температуры
объекта, желательно с измерением поля распределения тем-
ператур. В этом случае вопрос существенно усложняется
и выбор оптимального пути его решения зависит от размеров
объекта и от динамических свойств температурного поля
объекта. Если размеры контролируемого тела сравнитель-
но невелики, то излучения всех его точек могут быть с по
мощью оптики направлены непосредственно на чувстви-
тельный элемент обычного пирометра и в этом случае воп-
рос выполнения такого измерения сводится лишь к выбору
оптимального метода определения температуры. Но если
размеры объекта настолько велики, что он не может быть
спроектирован на чувствительный элемент пирометра, при-
ходится визировать применяемый пирометр на какую-либо
выбранную точку объекта. Точность такого контроля тем-
пературного состояния объекта будет в очень сильной сте-
пени зависеть от нестационарности его поля температур.
В объектах, температурное поле которых имеет достаточно
стационарный характер во времени, по температуре какой-
либо точки можно с определенной достоверностью судить
95

о температурном состоянии всего объекта. В этом случае
измерительный сигнал оптического пирометра, наведенного
на одну точку объекта, позволяет с определенным допуще-
нием судить об общем температурном состоянии всего
объекта.
Совершенно^'иначе обстоит дело в том1 случае, когда тем-
пературное поле объекта имеет определенную нестационар-
ность во времени, т. е. когда рельеф температурного поля
существенно изменяется во времени. При этом могут про-
исходить такие изменения поля температур, когда зона
максимальных температур существенно смещается относи-
тельно своего первоначального положения. В этом случае
температура одной точки объекта, на которую может быть
наведен оптический пирометр, не будет с достаточной точ-
ностью характеризовать среднюю температуру объекта и
вследствие этого информация, содержащаяся в таком из-
мерительном сигнале, является явно недостаточной для на-
блюдения за общим температурным состоянием объекта.
В большинстве реально существующих объектов имеет
место не одинаковая и стабильная температура во всех
точках, а некоторое распределение температур по объекту,
т. е. определенные температурные поля. К тому же в доста-
точном числе объектов имеют место температурные поля,
обладающие той или иной динамичностью во времени. Не-
обходимо отметить, что в настоящее время тепловые объек-
ты, имеющие нестационарные поля температур, получают
вое большее распространение в технике, ввиду этого изме-
рение с достаточной точностью их средних температур (фи-
гурирующих в соответствующих тепловых расчетах) явля-
ется весьма актуальной задачей.
Наиболее достоверной информацией о средней темпера-
туре таких объектов будет информация, полученная путем
последовательного сканирования температуры каждого
элемента контролируемого объекта (насколько бы мал
этот элемент ни был) с последующим суммированием этой
информации и определением значения средней темпера-
туры.
Однако аппаратурное исполнение такого пирометра, пол-
ностью сканирующего контролируемый объект, в на-
стоящее время не представляется возможным. Наиболее
близким к такому методу измерения является метод опре-
деления общей картины поля и средней температуры объ-
екта путем оптического сканирования поля температур
(спроектированного с помощью оптики на какую-либо пло-
96

скость) с последующим осреднением полученных сигналов
с помощью соответствующей осредняющей электронной
схемы.
В устройстве, работающем с использованием такого ме-
тода, должно производиться последовательное оптическое
«осматривание» всех точек изображения, спроектированно-
го на входной экран сканирующего датчика СД (рис. 36) с
фотоэлектрическим формированием непрерывного измери-
Рис. 36. Принципиальная схема сканирующего пирометра,
предназначенного для определения средней температуры.
объекта.
/, //, ///, IV, I', //', III', IV — контролируемый объем с простран-
ственным полем температур; О—объектив; СД— сканирующий датчик;
У — усилитель; ПС — пере счетная схема; ОС — осредняющая схема.
тельного сигнала, мгновенные значения которого пропор-
циональны температурам точек, сканируемых в данный мо-
мент. Первичный сигнал после усилителя У и соответст-
вующей пересчетной схемы ПС поступает на осредняющую
электронную схему ОС, величина выходного сигнала кото-
рой пропорциональна средней температуре всего объекта
или какой-либо его части. Одновременно сигнал подается на
экран осциллографа.
В таком измерительном устройстве пирометру, кроме
функции определителя температуры в конкретной точке,
придана также функция последовательного «просматрива-
7—321 97

ния» объекта в соответствии с заранее заданным типом
развертки его изображения.
Динамические качества объекта определяют оптималь-
ность применения того или иного способа и типа сканиро-
вания объекта. В некоторых объектах .поле температур об-
ладает определенной симметричностью относительно какой-
либо оси. В этом случае достаточным является сканирова-
ние поля температур вдоль одной измерительной линии
(вдоль оси симметрии поля температур) с последующим
приближенным определением средней температуры объек-
та. В объектах, температурное поле которых не обладает
свойством симметричности относительно оси, для определе-
ния средней температуры приходится проводить сканирова-
ние всего температурного поля. При этом в зависимости от
динамических качеств объекта и наличия резких темпера-
турных градиентов должно быть выбрано оптимальное чи-
сло строк сканирования изображения. В объектах, обла-
дающих сравнительно невысокой нестационарностью, мо-
жет >быть применено небольшое число строк сканирования
изображения температурного поля. При высокой нестацио-
нарное™ объекта, а также при наличии резких градиентов
температур в контролируемом объеме число строк сканиро-
вания должно быть настолько большим, чтобы суммарный
измерительный сигнал с достаточной степенью точности
характеризовал температурное состояние объекта.
В случае применения метода сканирования для измере-
ния средней температуры объекта, имеющего нестационар-
ное температурное поле, точность измерения зависит от ди-
намических качеств объекта, от числа «строк» сканирова-
ния и от метода измерения температуры, но в общем слу-
чае точность такого измерения средней температуры будет
значительно выше точности, достигаемой в случае исполь-
зования обычного пирометра. Кроме того, необходимо от-
метить, что метод сканирования нестационарных темпера-
турных полей для определения средней температуры объек-
та в ряде случаев является единственным методом, позво-
ляющим получать достаточно точную обобщенную инфор-
мацию о температурном состоянии объекта и вследствие
этого его применение на таких объектах является необхо-
димым.
Выше была показана необходимость применения скани-
рования температурного поля для определения средней
температуры некоторых специальных объектов. Теперь рас-
смотрим другую область, в которой применение скани-
98

рующих датчиков TeMnepatypbi является так жё весьма не-
обходимым.
Как уже было отмечено, в настоящее время значитель-
ное распространение получают тепловые объекты, имею-
щие нестационарные поля температур. В таких объектах
рельеф температурного поля определенным образом изме-
няется во времени, причем в зависимости от режима рабо-
ты объекта некоторые его точки могут находиться в весьма
напряженном тепловом режиме и их необходимо соответ-
ствующим образом контролировать. В зависимости от кон-
кретных особенностей объекта число таких точек может
быть достаточно большим, причем наступление критиче-
ского температурного состояния в этих точках имеет место
в весьма различные моменты времени. Другими словами,
практически предельное теплонапряженное состояние мо-
жет возникать почти в любой точке такого температурного
поля.
Таким образом, ввиду того, что опасное повышение тем-
пературы, могущее привести к разрушению материала и
аварии, является местным эффектом, 'координаты которого
в большинстве случаев заранее предусмотреть (Невозможно,
не представляется возможным с помощью оптического пи-
рометра, наводимого на одну точку объекта, выполнять га-
рантированный надзор за температурным состоянием всего
объекта, так как аварийное увеличение температуры объек-
та может произойти не в той точке, на которую наведен
оптический пирометр. Из вышесказанного становится оче-
видным, что не представляется возможным проводить га-
рантированный температурный контроль такого объекта с
помощью измерения температуры какой-либо одной его
точки.
Гарантированный температурный контроль таких объек-
тов может быть выполнен с помощью метода последова-
тельного оптического сканирования всех точек объекта,
т. е. с помощью специального сканирующего пирометра
(рис. 37). В таком пирометре сканирующий датчик СД
производит последовательную развертку в электрический
сигнал температурного поля, спроектированного на фото-
электрический экран с помощью объектива О. Сигнал ска-
нирующего датчика после прохождения через усилитель
У подается на пересчетную схему ПСУ в которой преобра-
зуется в сигнал, пропорциональный величине температуры.
Затем измерительный сигнал подается на блок, в котором
производится определение амплитуд сигнала, превышаю-
7* 99

Ших заданную величину температуры БПТ. Если в сигнале,
поступающем со сканирующего пирометра, будет иметься
увеличение амплитуды (выше какой-то определенной нор-
мы), то сигнализирующее устройство даст соответствую-
щий сигнал. Необходимо отметить, что в каком бы месте
контролируемого объекта ни произошло увеличение темпе-
5
Рис. 37. Принципиальная схема сканирующего пирометра, предназна-
ченного для определения перегретых мест объекта.
О — объектив; СД — сканирующий датчик; У — усилитель; ПС — пере счетная
схема; БПТ — блок определения повышенных температур; ТЭ — телевизионный
экран; АБВГ — исследуемое поле температур объекта; TiT2TaTAT6 — линии равных
температур; / — 8—8' — линии развертки поля температур
сканирующим датчиком,
ратуры выше какой-то нормы, оно будет обязательно обна-
ружено таким устройством. При этом на телевизионном
экране с помощью применяемой развертки изображения
может быть указано точное место объекта, в котором про-
изошло чрезмерное повышение температуры.
В этом случае, так же как и в предыдущих, динамиче-
ские качества объекта определяют оптимальность примене-
ния того или иного способа и типа сканирования объекта.
Во всех рассмотренных сканирующих пирометрах мо-
жет применяться как оптико-механическое, так и фото-
100

электронное сканирование поля температур объекта. В на-
стоящее время разработаны различные пирометрические
устройства с оптико-механическим сканированием поля яр-
костных температур.
В литературе [Л. 55] описан пирометр с оптико-механиче-
ской разверткой, предназначенный для измерения распре-
деления поля яркостных температур на плоскости. В этом
приборе в качестве устройства, осуществляющего разверт-
ку изображения, применен так называемый диск Нипкова,
вращающийся со скоростью 600 об/лшн.
С помощью отверстий, расположенных по спирали, на
данном диске производится последовательное анализирова-
ние температурного поля исследуемого объекта. В качестве
чувствительного элемента в данном устройстве применен
фотоумножитель. Регистрация измерительного сигнала в
этом случае осуществляется с помощью осциллографа.
Разработан также пирометр, предназначенный для из-
мерения местных температур свода металлургических пе-
чей, в котором оптический приемник осуществляет враща-
тельное (круговое) сканирующее движение, что позволяет
определять перегретые участки свода печи [Л. 56].
В настоящее время фирма «Берне Энжиниринг» разра-
ботала пирометрическое устройство типа телевизионной ка-
меры, работающее в инфракрасном спектре и предназна-
ченное для измерения температурных полей. В приборе
применена оптико-механическая развертка изображения
объекта. Чувствительным элементом прибора является бо-
лометр.
Измерительный сигнал с оптического приемника пода-
ется на устройство, формирующее на фотопленке изобра-
жение объекта в инфракрасном спектре. Это устройство
действует по принципу, аналогичному принципу действия
телевизионной принимающей трубки. Чувствительность
прибора может изменяться таким образом, что полный ин-
тервал тонов на фотоснимке (от черного до белого) охва-
тывает температурный предел как минимум 1° и как макси-
мум 1 000°. Температура, соответствующая любой точке
снимка, может быть точно определена сравнением оттенка
с эталонной серой шкалой.
В случае применения оптико-механического сканирова-
ния устройство пирометра, измеряющего поле цветовых
температур, сводится к следующему [Л. 57] (рис. 38).
С помощью объектива 1 и зеркала 2, расположенного
на вращающемся барабане, изображение исследуемого
•ИИ

объекта проектируется на экран 3. В экране, выполнено «от-
верстие 4, через которое (при данном угловом положении
зеркала) излучения с соответствующей точки объекта по-
падают на фотоумножители *. После прохождения через от-
Рис. 38. Принципиальная схема сканирующего цветового пирометра
с оптико-механической разверткой изображения.
АВ—объект измерения; ./— линза; 2 —зеркальный барабан развертки; 3 — экран
с отверстием 4; 5 — полупрозрачное зеркало; 6 и 7— фотоэлементы; 8 и 9 — свето-
фильтры; 10 — корпус ^прибора; 11 и 12 — усилители; 13 — пере счетная схема; /4 —
осциллограф.
верстие в экране световой поток с помощью полупрозрачно-
го зеркала 5 разделяется на два потока, которые, пройдя
через светофильтры 5 и 9, попадают на соответствующие
1 В таком устройстве в зависимости от ширины спектральной по-
лосы, пропускаемой светофильтрами, могут быть использованы как фо-
тоэлементы, так и фотоэлектронные умножители,
№

фотоумножители 6 и 7. Сигналы с фотоумножителей посту-
пают в измерительную схему.
В качестве сканирующего устройства в этом пирометре
применен многогранный зеркальный барабан, плоскости
граней которого расположены под разными углами к оси
вращения.
Развертка каждой «строки» изображения осуществляет-
ся следующим образом. При вращении зеркального бара-
бана каждое зеркало сканирует определенную строку изо-
бражения, перемещая по экрану оптическое изображение
поля температур. При этом в отверстие 4 экрана, за кото-
рым установлены фотоумножители, последовательно попа-
дают излучения всех точек данной строки изображения.
Наличие на барабане зеркал, расположенных под раз-
ными углами к оси вращения, позволяет соответственно
смещать изображение по высоте экрана при каждом после-
дующем ходе развертки (при переходе изображения с пре-
дыдущего на последующее зеркало). При этом на фотоум-
ножители последовательно поступают излучения от разных
строк объекта и формируются электрические сигналы, ло-
гарифм отношения величин которых пропорционален мест-
ной цветовой температуре объекта.
Измерительные сигналы с обоих фотоэлектронных ум-
ножителей после соответствующего усиления в усилителях
11 и 12 поступают на логарифмирующий блок 13, выход-
ной сигнал с которого в каждый момент времени пропор-
ционален цветовой температуре сканируемой точки объек-
та. Далее этот измерительный сигнал в зависимости от це-
левого назначения сканирующего устройства поступает ли-
бо на осредняющий блок, либо на электронный блок, в ко-
тором производится определение амплитуд сигнала, превы-
шающих допустимую величину.
В случае применения сканирующего цветового пиромет-
ра для измерения поля температур вдоль линии ( а не на
плоскости) пирометр несколько упрощается и в нем вместо
вращающегося зеркального барабана применяется вра-
щающееся или вибрирующее плоское зеркало, которое осу-
ществляет сканирование поля температур вдоль линии
объекта [Л. 57]. Общая схема прибора при этом остается
неизменной (рис. 38).
Рассмотренный выше принцип оптико-механического
сканирования может быть также применен и в пирометре,
измеряющем поля яркостных температур (как вдоль ли-
нии, так и на плоскости) [Л. 57]. При этом за отверстием
103

в экране устанавливается один фотоэлектронный умножи-
тель с соответствующим светофильтром, а общая измери-
тельная схема прибора остается неизменной.
Рассмотренные пирометры с оптико-механическим ска-
нированием лоля температур на плоскости могут быть при-
менены при автоматическом контроле объектов, в которых
благодаря малой нестационарности и незначительным ме-
стным градиентам температур требуется небольшое число
строк сканирования (5—10). Это является следствием того,
что затруднительно по конструктивным причинам распола-
гать на вращающемся барабане большее число зеркал.
Суммарная погрешность измерения, возникающая в та-
ком приборе, может быть разделена на следующие группы:
1) ошибки измерения, вытекающие из принятого метода
определения температур (яркостный или цветовой методы);
2) ошибки измерения, возникающие из-за применения
способа последовательного получения измерительного сиг-
нала, так называемые «ошибки развертки»;
3) ошибки, возникающие по аппаратурно-техническим
причинам, которые зависят от нелинейности и неравно-
мерности развертки, а также от искажений, вносимых ши-
рокополосным усилителем и соответствующими пересчет-
ными электронными блоками.
Ошибки измерения, возникающие ввиду последователь-
ного получения измерительного сигнала, являются следст-
вием того, что за время развертки изображения происходит
некоторое изменение процесса, т. е.вначале хода разверт-
ки сканируется распределение освещенностей в более ран-
ней фазе процесса, чем в конце хода развертки. Данные
ошибки начинают играть существенное значение при авто-
матическом контроле нестационарных объектов, частота
изменения температурного поля которых достигает величи-
ны, на порядок меньшей частоты развертки.
В тех случаях, когда по ряду причин необходимо полу-
чить существенное увеличение числа строк развертки изо-
бражения сканируемого объекта", а также необходимо су-
щественное повышение динамических качеств прибора, в
нем может быть применено фотоэлектронное сканирование.
В качестве чувствительных элементов в таких пиромет-
рах могут быть применены передающие телевизионные
трубки (иконоскоп, ортикон и суперортикон). Однако наи-
более рациональным? по целому ряду причин, и в том числе
по динамическим качествам, является применение для этих
целей диссекторов.
104

Диссектор представляет собой эвакуированный стеклян-
ный сосуд, на внутренней стороне передней стенки которо-
го нанесен в виде металлической пленки фотокатод [Л.53].
Анод расположен на другом днище стеклянного баллона и
отделен от катода диафрагмой с отверстием. Анод обычно
снабжается фотоумножительным устройством. На поверх-
ность фотокатода проектируется исследуемое изображение.
Под действием освещенности со светочувствительного экра-
на слетают электроны, число которых пропорционально ме-
стной освещенности экрана. Весь поток электронов попада-
ет на диафрагму, и лишь небольшая часть электронов че-
рез отверстие в диафрагме попадает на анод. Электронная
развертка изображения создается следующим образом.
С помощью магнитного поля, формируемого катушками, на-
детыми на диссектор, создаются качательные движения
всего электронного потока, при этом через отверстие в диа-
фрагме проходят электроны, вылетающие с разных точек
измерительной линии, спроектированной на фотокатод. Раз-
вертка изображения осуществляется с помощью двух от-
клоняющих магнитных систем: строчной и кадровой, при-
чем они перемещают электронный поток в двух взаимно-
перпендикулярных направлениях.
На отклоняющую систему строчной развертки подается
сигнал напряжения, имеющий форму симметричной пилы.
Электромагнитное поле, создаваемое этим сигналом, кача-
ет электронный поток с одинаковой скоростью как з одну,
так и в другую сторону и создает тем самым строчную раз-
вертку изображения. На вторую отклоняющую систему,
создающую кадровую развертку, подается сигнал напряже-
ния, имеющей тоже форму симметричной пилы. Частота
этого сигнала значительно меньше частоты строчной
развертки (соотношение этих частот зависит от выбранно-
го числа строк развертки температурного поля). Сигнал
кадровой развертки создает магнитное поле, направление
которого перпендикулярно направлению магнитного поля
строчной развертки. Поскольку скорость изменения этих по-
лей различна, то за время выполнения полного сканирова-
ния изображения вдоль одной строки электронный поток
смещается в перпендикулярном направлении (относитель-
но отверстия в диафрагме) лишь на небольшую величину,
достаточную для того, чтобы обратная строчная развертка
осуществлялась уже по другой линии объекта.
Таким образом, с помощью диссектора создается фото-
105

электронная развертка изображения поля нестационарных
температур.
Развертка изображения с помощью диссектора основа-
на непосредственно на фотоэлектронном эффекте и не свя-
зана с процессами накопления зарядов светочувствитель-
ной мозаикой, на основании которых работают другие
передающие телевизионные трубки [Л. 53]. Вследствие это-
го такая развертка может осуществляться с очень большой
частотой без искажения получаемого сигнала. Кроме того,
У
ПС
Рис. 39. Принципиальная схема сканирующего цветового
пирометра с фотоэлектронной разверткой изображения.
ОС — отклоняющая система; БР — блок развертки; У—усилитель;
ПС — пересчетная схема.
в диссекторе при развертке изображения у всех участков
фотокатода существуют одинаковые условия работы, что
соответственно увеличивает точность измерения и позво-
ляет вести развертку изображения как по прямому, так и
по обратному ходу пилообразного сигнала, в то время как
в трубках, работающих с накоплением заряда, для созда-
ния одинаковых условий накопления зарядов на светочув-
ствительной мозаике обратный сигнал развертки прихо-
дится отключать.
Устройство пирометра для измерения полей цветовых
температур с фотоэлектронным сканированием объекта
сводится к следующему [Л. 58] (рис. 39). С помощью
объектива 2 и светоразделительного зеркала 3 изображе-
ние исследуемого поля температур проектируется на фото-
катоды диссекторов 4 и 5, перед которыми установлены со-
ответствующие светофильтры 6, 7. Диссекторы имеют син-
хронную развертку изображения. С обоих диссекторов на
106

пересчетную схему ПС поступают измерительные сигналы,
логарифм отношения которых пропорционален местной
цветовой температуре объекта. Выходной электрический
сигнал такой пересчетной схемы пропорционален цветовой
температуре точки объекта, сканируемой в данный момент
времени.
Полученный сигнал в зависимости от целевого назначе-
ния сканирующего пирометра поступает либо на осредняю-
щий блок, либо на электронный блок, в котором произво-
дится определение амплитуд сигнала, превышающих допу-
стимую величину.
В тех случаях, когда метод фотоэлектронного сканиро-
вания объекта применяется для измерения поля цветовых
температур вдоль линии, на диссекторах устанавливаются
лишь строчные отклоняющие системы, которые осуществля-
ют развертку изображения вдоль одной и той же линии
объекта [Л. 58].
Рассмотренный метод фотоэлектронного сканирования
может быть также применен в пирометрах, измеряющих
поля яркостных температур [Л. 59]. В этих устройствах ис-
пользуется лишь один чувствительный элемент с соответ-
ствующим светофильтром.
Оптические пирометры с фотоэлектронным сканирова-
нием температурных полей имеют следующие преимущест-
ва перед пирометрами с оптико-механическим сканирова-
нием:
1) значительное повышение динамических качеств таких
устройств, что позволяет использовать их для автоматиче-
ского контроля высоконестационарных объектов;
2) возможность существенного повышения числа строк
сканирования изображения (до 50—400) относительно
максимального числа строк, достижимого при оптико-меха-
ническом сканировании. Увеличение числа строк соответ-
ственно повышает точность измерения, особенно в объек-
тах, имеющих значительные местные градиенты температур;
3) возможность выбора оптимального типа сканирова-
ния температурного поля. В этом случае может быть при-
менено как построчное (телевизионное) сканирование, так
и спиральное сканирование (когда траектория развертки
изображения имеет вид спирали). В каждом конкретном
случае в зависимости от индивидуальных качеств объекта
тот или иной тип сканирования может оказаться опти-
мальным, позволяющим получить наиболее точную инфор-
мацию о температурном состоянии объекта.
107

Таким образом, в заключение необходимо отметить, что
метод сканирования нестационарных температурных полей
в ряде случаев является единственным методом, позволяю-
щим получать достаточную информацию о температурном
состоянии объекта и вследствие этого, несмотря на некото-
рое усложнение аппаратуры, его применение в таких слу-
чаях является не только рациональным, но' и необходи-
мым.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гордов А. Н. и др., Методы измерения температур в про-
мышленности, Металлургиздат, 1952.
2. Кадышев ич А. Е., Измерение температур пламен, Оборон-
гиз, 1954.
3. К и р е н к о в И. И., Измерение температур пламен, Труды
ВНИИМ, вып. 5 (65), 1949.
4. Собо лев Н. Н., Труды ФИАН, т. VII, 1956, стр. 159—229.
5. Chion R., Radiation pyrometers for the measurement of
transient temperatures, Metaux Corros., Ind. 31, Jan. 1956, p. 22 — 37.
6. Ерофеев А. В., Электронные устройства контроля и регулиро-
вания тепловых процессов, Госэнергоиздат, 1955.
7. Н е i n г i с h М. und Р е s с h k е F., Technik, Aug. 1957, Jg. 12.
Н. 8, S. 532 — 540.
8. High-temperature research at the National Bureau of Standards,
Engineer, American Section, 19 Sep. 1958, № 5356, v. 206, p. 407 — 409.
9. Гордов A. H. и Кондратьев Г. M., Метрологические ра-
боты в области температурных измерений, «Измерительная техника»,
1957, № 6, стр. 49—50.
10. Каты с Г. П., О динамических качествах приборов для изме-
рения нестационарных температур, «Измерительная техника», 1959, № 3.
11. Каты с Г. П., Методы и -приборы для измерения параметров
нестационарных тепловых процессов (температура, давление, расход),
Машгиз, 1959.
12. Ч е ч и к Н. О., Ф а й н ш т е й н С. М. и Л и ф ш и ц Т. М., Элек-
тронные умножители, Гостехиздат, 1957.
13. Чечик Н. О., Фотоэлементы и их применение, Госэнергоиздат,
1955.
14. Преображенский В. П., Теплотехнические измерения и
приборы, Госэнергоиздат, 1953.
15. Birnstingl D. W., A transistor operated self-balancing
radiation pyrometer, Electronic Engineering, Apr. 1958, v. 30, № 362,
p. 189—191.
16. Радиационный пирометр РАПИР, Изд. ЦБТИ, Госплан СССР,
ЦНИИКА, 1958.
17. Пирометр радиационный компенсированный ПРК-600 (каталог),
108

16. Костина Ё. Н., Радиационный датчик «низких» температур,
Изд. ВИНИТИ, ,1959, Тема 34.
19. К а я дыб а В. В., Кр а -с и в ид к а я Р. Н., Иосельсон
Г. Л. /и Ковалевский В. Ю., Фотоэлектрические пирометры для
измерения и автоматического регулирования температуры, Бюллетень
технической 'информации НТО Машиностроительной промышленности
и НТО приборостроительной промышленности, Киев, 1956, вып. 2.
20. Судаков П. М., Фотоэлектрический пирометр, Приборы и
стенды, АН СССР, 11955.
21. Свет Д. Я., Оптико-акустический пирометр спектрального от-
ношения, авторское свидетельство № 105476.
l^22. Gorril W. S., Electronics, 1949, v. 22, № 3, p. 112 — 114.
23. Pyatt E. C, Journal of Scientific instrum., April 1952,
v. 29, p. 125— 127, A brightness temperature pyrometer using a pho-
toconductive cell.
24. The milliscope pyrometer, Automobile Engineer, Oct. 1955,
№ 10, p. 437 — 438.
25. Мерс о н Я. И. и К а д ы ш е в и ч А. Е., Объективные инфра-
красные яркостные пирометры, Сборник «Измерение температур пла-
мен», 1954, стр. Ii53—(158.
; 26. Hett G. H., Jet.propulsion, March 1955, v. 25, № 3.
27. Гуревич A. M., Объективный оптический пирометр (ФЭП-3),
«Заводская лаборатория», 1950, № 11.
28. Hermer J. D-, W a t tjs В. N., An infrared radiation pyro-
meter, Journ. Scient. Instrum., 1955,А№,.5, p. 167 — 170.
29. Коган M. Г., Быстродействующий чувствительный пирометр,
«Вестник машиностроения», 1955, № 12, стр. 58—59.
30. Rev. de Metall, 1955, Juin, Annee 52, № 6, p. 477.
31. Gibson A. F., Journ. Scient. Instrum., 1951, 28, p. 153.
32. К а тыс Г. П., Авторское свидетельство № 114791, 1958.
33. У х а н о в Ю. И., Модуляция инфракрасных лучей электриче-
ским током в германиевом диоде, «Применение полупроводников в при-
боростроении», Труды конференции, Машгиз, 1958, стр. 199—213.
34. Каты с Г. П., Авторское свидетельство № 118634.
35. Мер сон Я. И., О рациональных схемах построения цветовых
пирометров, Сборник «Измерение температур пламен», 1954,
стр. 101—103.
36. Auble G. М., Jet propulsion, Sept. 1956, v. 25, № 9, p. 1.
37. С в e т Д. Я., Германиевые фотодиоды в системах инфракрас-
ной пирометрии, «Приборостроение», .1957, № 6, стр. 16—17.
38. С в е т Д. Я* >и Л и п и н Е. С, Автоматический фотоэлектрон-
ный цветовой пирометр ЦЭП-2М, «Приборостроение», 1956, № 12,
стр. 13-ч16.
39. К а н д ы б а В. В., Метод интенсивности атомных линий, Изве-
стия АН СССР, серия физическая, 1948, № 12, стр. 387.
40. К а н д ы б а В. В., Способ измерения истинной температуры,
Авторское свидетельство № 99901, 1955.
41. Куцы на Л. М. и др., Измерение температур пламен при по-
мощи эталона Фабри-Перо, Измерение температур пламен и газовых
сред, Труды комиссии по пирометрии при ВНИИМ, Сборник № 1, Стан-
дартгиз, 1958.
109

42. Куцына Л. М. и др., Измерение температуры пламен при по-
мощи резонансной лампы, Измерение температур пламен и газовых
сред, Труды комиссии по пирометрии при ВНИИМ, Сборник № 1, Стан-
дарттиз, 1958.
43. Wakil М. М., Transaction ASME, 1952, v. 74, № 2, p. 255.
44. Br о beck W. M., Jet propulsion, April 1958, v. 28, №4,
p. 249 - 252.
45. M i 11 a r G. H., Journ. Opt. Soc. of America, July 1953, v. 43,
p. 609.
46. Sutherland G. S., Jet propulsion, Oct. 1953, v. 25, № 10, p. 537.
47. Moutet A., Recherche Aeron., 1952, № 27, p. 21, № 28, p.21.
48. Прокофьев В. К., Скоростные фотоэлектрические приборы
для регистрации спектров свечения кратковременных процессов, Изме-
рение температур пламен и газовых сред, Труды комиссии по пиромет-
рии при ВНИИМ, Сборник № 1, Стандартно, 1958.
49. Прокофьев В. К., Спектральные приборы для электроизме-
рения температур пламен газоразрядной плазмы и светящихся газов,
Ленинградский институт точной механики и оптики, XIII Научно-техни-
ческая конференция, 1957.
50. Н а г d i n g W. R., A new thermal image-inventor, Nature*
Lond., Mar. 8, 1958, v. Ill, № 4610, p. 691.
51. Мерс он Я. И., HI а милев M. P., Разин К- А., Фотопиро-
метрическое определение полей температур поверхностей, «Передовой
научно-технический и производственный опыт», Тема 34 К* П-58-91/11,
1958.
52. Г р у ш к о в и ч Л. А., Применение телевизионных методов в при-
боростроении, «Приборостроение», 1958, № 3, стр. 30.
53. Zworykin V. К., Ramberg Е. G., F1 о г у L. F., Tele-
vision in science and industry, 1958, № 9.
54. Алексеев С. В., Автоматический строчный анализ плоских
полей, «Приборостроение», 1957, № 6, стр. 8—11.
55. Sims К. В., Place J. A., A surface-scaning pyrometer,
Journal of Scient. Instrum., Aug. 1954, v. 31, № 8, p. 293 — 294.
56. Ми тин И. Г., Авторское свидетельство № 108612.
57. К а т ы с Г. П., Авторская заявка № 626590/26.
58. Каты с Г. П., Авторская заявка № 630488/26.
59. К а ты с Г. П., Прибор для одновременного измерения отно-
сительного распределения монохроматического излучения вдоль линии,
«Измерительная техника», 1957, № 3,

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
1. Оптико-электрические системы для измерения нестационарных
температур 5
2. Радиационные пирометры 29
3. Фотоэлектрические пирометры частичного излучения 37
4. Яркостные пирометры 45
5. Цветовые пирометры 59
6. Специальные оптические устройства, предназначенные для из-
мерения температур 76
7. Сканирующие оптические датчики температуры 92
Литература 108