Hoả kết

Nguyên lý dựa trên định luật: Năng lượng bức xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của vật.

Trong đó: σ là hằng số, T là nhiệt độ tuyệt đối của vật đen tuyệt đối (K).

Thông thường có hai loại: hoả kế bức xạ có ống kính hội tụ, hoả kế bức xạ có kính phản xạ.

Hình 5.11: Hoả kế bức xạ toàn phần

a) Loại có ống kính hội tụ b) Loại có kính phản xạ

1) Nguồn bức xạ 2) Thấu kính hội tụ 3) Gương phản xạ

4) Bộ phân thu năng lượng 5) Dụng cụ đo thứ cấp

Trong sơ đồ hình (5.11a): ánh sáng từ nguồn bức xạ (1) qua thấu kính hội tụ (2) đập tới bộ phận thu năng lượng tia bức xạ (4), bộ phận này được nối với dụng cụ đo thứ cấp (5).

Trong sơ đồ hình (5.11b): ánh sáng từ nguồn bức xạ (1) đập tới gương phản xạ (3) và hội tụ tới bộ phận thu năng lượng tia bức xạ (4), bộ phận này được nối với dụng cụ đo thứ cấp (5).

Bộ phận thu năng lượngcó thể là một vi nhiệt kế điện trở hoặc là một tổ hợp cặp nhiệt, chúng phải thoả mãn các yêu cầu:

+ Có thể làm việc bình thường trong khoảng nhiệt độ 100 - 150^oC.

+ Phải có quán tính nhiệt đủ nhỏ và ổn định sau 3 - 5 giây.

+ Kích thước đủ nhỏ để tập trung năng lượng bức xạ vào đo.

Trên hình 5.12 trình bày cấu tạo của một bộ thu là tổ hợp cặp nhiệt. Các cặp nhiệt (1) thường dùng cặp crômen/côben mắc nối tiếp với nhau. Các vệt đen (2) phủ bằng bột platin. Hoả kế dùng gương phản xạ tổn thất năng lượng thấp (~10%), hoả kế dùng thấu kính hội tụ có thể tổn thất tới 30 - 40%. Tuy nhiên loại thứ nhất lại có nhược điểm là khi môi trường nhiều bụi, gương bị bẩn, độ phản xạ giảm do đó tăng sai số.

Khi đo nhiệt độ bằng hoả kế bức xạ sai số thường không vượt quá 27^oC, trong điều kiện:

+ Vật đo phải có độ den xấp xỉ bằng 1.

+ Tỉ lệ giữa đường kính vật bức xạ và khoảng cách đo (D/L) không nhỏ hơn 1/16.

Hình 5.12: Bộ thu năng lượng

1) Cặp nhiệt 2)Lớp phủ platin

+ Nhiệt độ môi trường 20 ± 2^oC.

Trong thực tế độ đen của vật đo e <1, khi đó

Thông thường xác định theo công thức sau:

Với ΔT là lượng hiệu chỉnh phụ thuộc T_đọc và độ đen của vật đo (hình 5.13). Khoảng cách đo tốt nhất là 1 ± 0,2 mét.

Hình 5.13: Hiệu chỉnh nhiệt độ theo độ đen

Hoả kế quang điện chế tạo dựa trên định luật Plăng:

Trong đó λ là bước sóng, C1, C2 là các hằng số.

Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hoả kế quang học là so sánh cường độ sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Khi độ sáng của chúng bằng nhau thì nhiệt độ của chúng bằng nhau. Từ hình 5.14 ta nhận thấy sự phụ thuộc giữa I và λ không đơn trị, do đó người ta thường cố định bước sóng ở 0,65μm.

Hình 5.14: Sự phụ thuộc củacường độ ánh sáng vào bước

sóng và nhiệt độ

Hình 5.15: Sơ đồ hoả kế quang học

1) Nguồn bức xạ 2)Vật kính 3) Kính lọc 4&6) Thành ngăn

5) Bóng đèn mẫu 7) Kính lọc ánh sáng đỏ 8) Thị kính

Khi đo, hướng hoả kế vào vật cần đo, ánh sáng từ vật bức xạ cần đo nhiệt độ (1) qua vật kính (2), kính lọc (3), và các vách ngăn (4), (6), kính lọc ánh sánh đỏ (7) tới thị kính (8) và mắt. Bật công tắc K để cấp điện nung nóng dây tóc bóng đèn mẫu (5), điều chỉnh biến trở R_b để độ sáng của dây tóc bóng đèn trùng với độ sáng của vật cần đo.

Sai số khi đo:

Sai số do độ đen của vật đo ε < 1. Khi đó Tđo xác định bởi công thức:

Công thức hiệu chỉnh: T_đo = T_đọc + ΔT

Giá trị của ΔT cho theo đồ thị.

Ngoài ra sai số của phép đo còn do ảnh hưởng của khoảng cách đo, tuy nhiên sai số này thường nhỏ. Khi môi trường có bụi làm bẩn ống kính, kết quả đo cũng bị ảnh hưởng.