Большая советская энциклопедия - пирометрия

Пирометрия (от греч. pyr — огонь и... метрия), группа методов измерения температуры. Раньше к П. относили все методы измерения температуры, превышающей предельную для ртутных термометров; с 60-х гг. 20 в. к П. все чаще относят лишь оптические методы, в частности основанные на применении пирометров, и не включают в нее методы, в которых применяются термометры сопротивления, термоэлектрические термометры с термопарами, и ряд др. методов (см. Термометрия). Почти все оптические методы основаны на измерении интенсивности теплового излучения (иногда — поглощения) тел. Интенсивность теплового излучения сильно зависит от температуры Т тел и очень резко убывает с ее уменьшением. Поэтому методы П. применяют для измерения относительно высоких температур (например, серийным радиационным пирометром от 200 °С и выше). При Т ? 1000 °С методы П. играют в целом второстепенную роль, но при Т > 1000 °С они становятся главными, а при Т > 3000 °С — практически единственными методами измерения Т. Методами П. в промышленных и лабораторных условиях определяют температуру в печах и др. нагревательных установках, температуру расплавленных металлов и изделий из них (проката и т.п.), температуру пламен, нагретых газов, плазмы. Методы П. не требуют контакта датчика измерительного прибора с телом, температура которого измеряется, и поэтому могут применяться для измерения очень высоких температур. Основное условие применимости методов П.— излучение тела должно быть чисто тепловым, т. е. оно должно подчиняться Кирхгофа закону излучения. Твердые тела и жидкости при высоких температурах обычно удовлетворяют этому требованию, в случае же газов и плазмы необходима специальная проверка для каждого нового объекта или новых физических условий. Так, излучение однородного слоя плазмы подчиняется закону Кирхгофа, если распределения молекул, атомов, ионов и электронов плазмы по скоростям соответствуют Максвелла распределению, заселенности возбужденных уровней энергии соответствуют закону Больцмана (см. Больцмана статистика), а диссоциация и ионизация определяются: действующих масс законом, причем во все эти соотношения входит одно и то же значение Т. Такое состояние плазмы называется термически равновесным. Интенсивность излучения однородной равновесной плазмы и в линейчатом, и в сплошном спектрах однозначно определяется ее химическим составом, давлением, атомными константами и равновесной температурой. Если плазма неоднородна, то даже при повсеместном выполнении условий термического равновесия ее излучение не подчиняется закону Кирхгофа. В этом случае методы П. применимы лишь к источникам света, обладающим осевой симметрией. Измерения наиболее просты для твердых тел и жидкостей, спектр излучения которых чисто сплошной. В этом случае измерения температуры осуществляют пирометрами, действие которых основано на законах излучения абсолютно черного тела. Обычно поверхности исследуемого тела придают форму полости, чтобы коэффициент поглощения был близок к единице (оптические свойства такого тела близки к свойствам абсолютно черного тела). Наиболее универсальны методы П., основанные на измерении интенсивностей спектральных линий. Они обеспечивают максимальную точность, если известны абсолютная вероятность соответствующего перехода и концентрация атомов данного сорта. Если же концентрация атомов не известна с достаточной точностью, применяют метод относительных интенсивностей, в котором температуру вычисляют по отношению интенсивностей двух (или нескольких) спектральных линий. Варианты этих методов разработаны для измерения температуры как оптически тонких слоев плазмы, так и оптически толстых. В др. группе методов П. температура определяется по форме или ширине спектральных линий, которые зависят от температуры либо непосредственно благодаря Доплера эффекту, либо косвенно — благодаря Штарка эффекту и зависимости плотности плазмы от температуры. В некоторых методах температура определяется по абсолютной или относительной интенсивности сплошного спектра («континуума»). Особое значение имеют методы определения температуры по спектру рассеянного плазмой излучения лазера, позволяющие исследовать неоднородную плазму. К недостаткам методов П. следует отнести трудоемкость измерений, сложность интерпретации результатов, невысокую точность (например, погрешности измерений температуры плазмы в лучших случаях оказываются не ниже 3—10%). Применение методов П. для исследования неравновесной плазмы дает ценную информацию о ее состоянии, хотя понятие температуры в этом случае неприменимо. Лит.: Оптическая пирометрия плазмы. Сб. статей, пер. с англ., под ред. Н. Н. Соболева, М., 1960; Грим Г., Спектроскопия плазмы, пер. с англ., М., 1969; Методы исследования плазмы (Спектроскопия, лазеры, зонды), пер. с англ., под ред. С. Ю. Лукьянова, М., 1971. В. Н. Колесников.