Pyrometry jsou měřiče teploty, které lze obecně dělit podle různých hledisek, jako je spektrální oblast využitého záření, vlnová délka záření, způsob měření, optický systém apod. Pro praxi je nejvhodnější rozdělení pyrometrů podle spektrální oblasti využitého záření:
spektrální (jasové, intenzitové, optické, monochromatické);barvové (poměrové, kvocienční);radiační (úhrnné neboli celkové);
pásmové (fotoelektrické).
Výrobci pyrometrů uvádějí buď spektrální pásmo, pro které pyrometr měří, nebo střední (efektivní) vlnovou délku tohoto pásma, pokud pásmo není příliš široké.
Poprvé se pyrometry začaly uplatňovat v první polovině minulého století a byly založeny na rozdílném principu činnosti. U spektrálních a barvových pyrometrů je čidlem oko pozorovatele, u zbývajících je čidlem vhodný detektor (fotoelektrický, termoelektrický, pyroelektrický nebo bolometr). Ve druhé polovině minulého století se začaly používat převážně fotoelektrické detektory, které daly základ rozvoji a značnému uplatnění pásmových pyrometrů.
Ze schématu spektrálního pyrometru s lidským okem jako čidlem je zřejmé, že obraz měřeného objektu je vytvářen objektivem v rovině vlákna pyrometrické žárovky. Wolframové vlákno žárovky je žhaveno proudem z baterie, jehož velikost se reguluje reostatem. Pozorovatel sleduje obraz objektu a vlákno žárovky okulárem přes červený filtr, který vymezuje vlnovou délku. Záře vlákna žárovky se reguluje až do okamžiku, kdy vlákno svou září splyne se září pozorovaného objektu. Měřicí přístroj, zařazený v obvodu žárovky, je opatřen teplotní stupnicí. U některých typů optických pyrometrů je žhavicí proud vlákna konstantní a porovnání září se provádí zasouváním šedého klínu, přičemž zasunutí šedého klínu je funkcí měřené teploty.
Spektrální pyrometry, někdy také jasové nebo optické, resp. monochromatické, snímají tepelné záření vyzařované měřeným objektem, které odpovídá jedné vlnové délce elektromagnetického spektra, např. vlnové délce 650 nm - tj. červená čára viditelného spektra. Jasové pyrometry porovnávají intenzitu přijatého záření s intenzitou záření pomocného srovnávacího zdroje (srovnání se provádí lidským okem nebo různými elektrooptickými kompenzačními metodami). Někdy je srovnávacím zdrojem pyrometrická žárovka, přitom se buď mění jas srovnávacího zdroje, nebo se při stejném jasu srovnávacího zdroje šedým klínovým filtrem omezuje jas měřeného zářiče. Toto srovnání se provádí ve vymezeném spektru. Hodnota spektrální emisivity závisí na materiálu objektu, zejména na jakosti jeho povrchu.
Optický pyrometr je dalekohled s výsuvným objektivem, jímž se vytváří obraz měřeného tělesa v rovině vlákna žárovky, a s výsuvným okulárem, zaostřujícím vlákno žárovky. Okulár obsahuje červený filtr, který vymezuje vlnovou délku záření. Zařazuje se při teplotách nad 900 ?C. Pro zvýšení měřicího rozsahu se vřadí mezi objektiv a žárovku šedý filtr.
Druhým typem spektrálního pyrometru jsou tzv. intenzitové pyrometry, jejich konstrukce je tvořena zrcadlem, na něž dopadá měřené záření. Zrcadlo část záření propustí na fotoelement a část záření odrazí do okuláru, kterým obsluha zaměřuje pyrometr na měřený předmět. Záření dopadající na fotosnímač vyvolá elektrický signál úměrný intenzitě přijatého záření. Tento signál může být měřen výchylkovým nebo kompenzačním způsobem. Konstrukce těchto pyrometrů je podobná jako u radiačních.
Konstrukce současných spektrálních pyrometrů je založena na srovnání energie tepelného záření vyzařované měřeným předmětem s energií vyzařovanou vnitřním referenčním polovodičovým zdrojem. Tato metoda není závislá na subjektivním rozhodnutí obsluhy. Spektrální pyrometry pracují nejčastěji v rozsahu teplot 800 až 3000 °C, jsou robustní a vyznačují se kompaktním designem a jednoduchostí obsluhy.
Barvové pyrometry využívají záření ve viditelné oblasti (ve dvou úzkých vlnových rozsazích při ?1 = 0,55 ?m a ?2 = 0,65 ?m, tj. zelená a červená barva) a jsou vhodné k měření teploty šedých zářičů, u nichž neznáme emisivitu, nebo kde emisivita silně kolísá. Údaj pyrometru, tzv. barevná teplota, je vždy vyšší než černá, ale podstatně bližší než např. jasová teplota. Chyba bývá menší než 3 %. Barevnou teplotu lze určit pomocí barevného vjemu vyvolaného smíšením dvou jednobarevných záření, nebo pomocí poměrů jasů ve dvou spektrálních oblastech.
Barvové pyrometry se dále dělí na srovnávací a poměrové. Srovnávací barvové pyrometry obsahují šedý a černý klínový barevný filtr a biochromatický (červenozelený) filtr. Dále pyrometrickou žárovku a regulační obvod žhavení žárovky na stálou teplotu. Šedým klínem se srovná jas zářiče s jasem pyrometrické žárovky - jeho poloha je úměrná jasové teplotě. Nastavením červeného klínu se dosáhne shodné barvy záření měřeného objektu a pyrometrické žárovky - jeho poloha je úměrná barevné teplotě. Tento pyrometr je vhodný pouze tam, kde se teplota nemění příliš rychle.
Poměrový barvový pyrometr pracuje jako dva samostatné jasové pyrometry s vlnovými délkami ?1 = 0,65 ?m (červený filtr) a ?2 = 0,55 ?m (zelený filtr). Tento pyrometr má dva výměnné filtry, červený a zelený, a určuje dvě jasové teploty srovnáváním jasu měřeného zářiče s jasem pyrometrické žárovky pomocí šedého klínu.
(Dokončení v příštím čísle)
Tento příspěvek vznikl na TU v Liberci s podporou grantu MŠMT ČR č. 242100002
Prof. Ing. Iva Nová, CSc.
Ing. Bc. Stanislava Krýslová
Ing. Bc. Zdeňka Krýslová