Новости. События.

8 Июля 2013 г. Спектральная пирометрия используется в обучении студентов.

В журнале «Physics Education» (2013. Vol.48, No.3. P.289-297) английского издательства «Institute of Physics» опубликована статья сотрудников факультета физической электроники Университета Масарика из г. Брно (Чехия). Название статьи: «Изучение закона Планка с помощью малогабаритного дифракционного USB спектрометра».

С помощью спектрометра Avaspec 3648 (дифракционная решетка 300 штрихов/мм, ширина входной щели 10 мкм, кремниевая ПЗС-линейка, состоящая из 3648 пикселей) зарегистрированы спектры (см. рисунки) теплового излучения из малого отверстия в стенке нагретой муфельной печи, а также галогенной лампы накаливания. Спектрометр предварительно прокалиброван по чувствительности с помощью эталонных ламп с известным спектром излучения.

Экспериментальные спектры аппроксимировали с помощью закона излучения Планка, при этом определяли температуру, при которой достигалась наибольшая точность аппроксимации. Полученное значение температуры сравнивали со значениями, полученными другим способом (температуру в печи измеряли термопарой, а температуру металлической нити по температурной зависимости ее сопротивления).

Показано, что даже спектрометры с ограниченным интервалом длин волн (от 200 до 1100 нм) могут быть успешно использованы для изучения распределения Планка. Из-за малой ширины оптической щели и, вероятно, малого времени накопления (оно в статье не указано) наблюдаются сильные флуктуации интенсивности в спектрах, это хорошо видно на рисунках.

Температура печи (в диапазоне 910 - 1420 К), вычисленная по спектрам излучения, отличается от температуры, полученной с помощью термопары, на 100-200 К (термопара дает более высокие значения). Причина температурных отличий в работе не выявлена. Возможно влияние как пространственной неоднородности температуры печи (температура в той точке, где измеряет термопара, отличается от температуры той области, где регистрируется спектр излучения), так и особенностей оптических свойств стенки печи, выполненной из корунда и окруженной чехлом из стали. Печь является не очень удобным и не самым простым объектом для спектральной пирометрии.

Результаты определения температур накаленной нити по спектрам теплового излучения и по сопротивлению нити отличаются примерно на 10% (температура, вычисленная по спектрам, выше температуры, вычисленной по сопротивлению). Возможно, завышение температуры при вычислении ее по спектру связано с использованием модели серого излучателя, хотя вольфрам отличается от серого излучателя, и эти отличия достаточно велики при температурах вблизи и выше 3000 К. Чтобы модель серого тела и спектр излучения нити соответствовали друг другу с большей точностью, лучше использовать коротковолновый диапазон длин волн (200-350 нм), а не весь широкий диапазон длин волн (300-1100 нм), включающий и максимум интенсивности света.

Итак, спектры теплового излучения регистрируются и изучаются, вычисление температуры проводится там, где обучают студентов. Это означает, что в скором времени, окончив университет, некоторые из этих студентов будут уверенно использовать метод спектральной пирометрии. Систематические погрешности измерений сейчас несущественны: поскольку в показаниях разных методов выявлены различия, их причины будут установлены. Важно то, что авторы статьи приводят обнаруженные ими расхождения результатов.

В России есть один аналогичный пример: несколько лет назад на физическом факультете СПбГУ для студентов сделали (http://ckp.lab2.phys.spbu.ru/pdf/new/25.pdf) лабораторную работу по регистрации спектра теплового излучения нагретого оксидного катода в интервале длин волн 500-850 нм и вычислению температуры катода. Погрешность измерения, по оценке, приводимой в методическом пособии, составляет 30-50 К в диапазоне температур катода 1200-2200 К. Каким образом проведена оценка, не сообщается.

 

© 2012-2018 - НИИ ПМТ