МУ - К-61 (1003920), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В этом случаеTrT=.(15)1/ 4( aT )Формулу (15) приводят в литературе [1, 5] для нахождения истинной температуры поизмеренной радиационной температуре. Но из нашего анализа видно, что она справедливатолько для высоких температур, когда роль отраженного излучения холодных постороннихтел несущественна.Коэффициент черноты aT тела обычно не известен. Его можно определить, если измерить Tr пирометром, а обычную температуру T - контактным термометром. Тогда aT находимпо формуле, которую получим из (14):T 4 −T 4aT = r4 04 .(16)T − T0Если радиационная температура измерена, а коэффициент черноты известен, то истиннуютемпературу серого тела вычисляем по формуле, которая следует из (14) и применима какдля высоких, так и для низких температур: 1T4T 4 = r − T04 − 1(17)aT aTИз приведенного описания видно, что оптический метод измерения температуры вбольшей степени пригоден для черных тел.
В случае серых тел необходимо вводить поправки.11ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ1. Лабораторная установкаВ установке используется бесконтактный “Измеритель температуры инфракрасныйАТТ-2508“ (торговая марка – «Актаком»). Изготовитель рекомендует применять прибор втех случаях, когда контактные способы измерения температуры непригодны, например, вслучае движущихся предметов, или находящихся в труднодоступном месте, или под высоким напряжением.Прибор является радиационным пирометром, принцип работы которого рассмотренвыше.
Прибор состоит из инфракрасного зонда с тепловым приемником и блока регистрациис цифровой индикацией в градусах Цельсия.Диапазон измеряемых температур от −10 до +300 оC. Рабочие длины волн 6…12 мкм.Диафрагма ограничивает «угол обзора» пирометра так, что расстояние от пирометра до объекта не должно превышать семикратный размер объекта (см. пояснение на рис. 5).Пирометр прокалиброван по телу с коэффициентом черноты aT = 0,95 для длин волн,на которых работает пирометр.
Поэтому наиболее точные результаты измерения температуры будут для тел, достаточно темных в инфракрасных лучах. Если чернота тела оцениваетсявизуально, следует учитывать, что коэффициенты поглощения для видимого света и инфракрасных волн могут сильно различаться.Пренебрегая небольшим различием между aT = 0,95 настройки пирометра и aT = 1 дляАЧТ, будем считать, что пирометр измеряет радиационную температуру Tr.81237465Рис. 7. Схема лабораторной установки:1 – нагреваемая пластина; 2 – вентилятор; 3 - термопара; 4 – выключательнагревателя; 5 – пирометр; 6 – кнопки включения питания приборов; 7 –регистрирующий прибор термопары; 8 – выключатель вентилятораЛабораторный стенд схематически показан в плане на рис. 7.
Излучающим теломслужит алюминиевая пластина 1 размером 20х12 см и толщины 1,8 см. Пластину равномернонагревают электрической спиралью (220 В, 400 Вт), расположенной с задней стороны. В углубление 3, просверленное в пластине, вставлена термопара. Термопара соединена проводами с регистрирующим прибором 7; индикация температуры в оC.Передняя, излучающая, сторона пластины неоднородна по коэффициенту черноты.Половина поверхности пластины сделана шероховатой и покрыта аэрозольной черной крас-12кой. Эту часть будем называть «черной стороной».
Другая часть («светлая сторона») - алюминиевая поверхность, ничем не покрытая, без зеркального блеска.Пирометр 5 находится на расстоянии 23 см от пластины. Пирометр можно перемещать в поперечном направлении для измерения температуры только черной или только светлой половины пластины.Нагреватель включают тумблером 4 «НАГРЕВАТЕЛЬ» с подсветкой. После включения нагревателя за 30 минут температура возрастает от комнатной до 300 оC.Питание пирометра и термопары включают кнопками 6 «ПИТАНИЕ ПРИБОРОВ».По окончании измерений нагреватель выключают и включают вентилятор 2 для быстрого охлаждения пластины.
Для включения вентилятора служит тумблер 8 «ВЕНТИЛЯТОР».T2ХромельT1бабМедьмВКопельT2Рис. 8. Схема термопарыПоясним принцип действия термопары (рис. 8). Она изготовлена из двух соединенныхмежду собой разнородных металлических проводников, например, специальных сплавов –хромеля и копеля. Двумя медными проводниками термопара соединена с милливольтметроммВ регистрирующего прибора. Спай а термопары имеет измеряемую температуру T1, а контакты б б термопары с медными проводами поддерживаются при постоянной комнатнойтемпературе T2.Действие термопары основано на эффекте Зеебека: при различной температуре спаева и б в цепи возникает небольшая термоЭДС U, величина которой зависит только от температур горячего T1 и холодного T2 контактов и от материалов проводников.
В небольшом интервале температур (сотни градусов) термоЭДСU =β (T1 - T2).Коэффициент пропорциональности β зависит от материалов проводников и интервала температур.2. Измерение температуры пластины оптическим и контактным термометрамиМеры безопасности:1. Установка должна быть заземлена.
Клемма заземления расположена на левой сторонекорпуса.2. Недопустимо нагревать пластину свыше 300 оC.3. Нельзя прикасаться к пластине. Она может быть нагрета или находиться под напряжением.Порядок выполнения работы.1. Выключатели «НАГРЕВАТЕЛЬ» и «ВЕНТИЛЯТОР» установить в положение«ВЫКЛ». Вставить сетевую вилку в розетку.2. Нажать клавиши 6 «ПИТАНИЕ ПРИБОРОВ» (см. рис. 7). Если температура не превышает 40 оC, можно приступить к работе; если больше, включить вентилятор.3. Подготовить табл. 1 для записи результатов измерений.134.
Не включая нагреватель, измерить термопарой температуру пластины T, а пирометром - радиационные температуры для черной стороной Tr1 и светлой стороны Tr2. Результаты измерений в оC записать в табл. 1.Таблица 1Результаты измеренийТемпература, оCТермопара TЧерная сторона Tr1Температура, КСветлая сторонаTr2Термопара TЧерная сторона Tr1Светлая сторона Tr2Примечание. В таблице должно быть 10 строк5. Включить нагреватель (вентилятор не включать). Одновременно измерять температуры спомощью термопары и пирометра. Отсчеты производить с интервалом примерно 50 оC поизмерениям термопарой.
Результаты измерений записать в табл. 1.6. По достижении температуры примерно 300 оC измерения закончить, выключить нагреватель и включить вентилятор для полного охлаждения установки.3. Обработка результатов измерений1. По результатам измерений вычислить температуру в кельвинах (К), результаты записать в табл. 1.2. Построить на миллиметровой бумаге зависимость радиационной температуры оттемпературы T термопары.Температуры выразить в К. Масштабы по осям должны быть одинаковыми.
Началографика – при T = 0 К. По горизонтальной оси отложить температуру термопары. Результатыизмерений для черной (Tr1) и светлой (Tr2) сторон отметить на графике отчетливыми, различными значками.3. Провести на графике через начало координат прямую линию под углом 45о. Отклонения результатов измерений от этой линии характеризуют отличие измеренных радиационных температур от истинной температуры T.
Сделать выводы.4. По результатам измерений T и Tr2 для светлой стороны при высоких температурах(см. табл.1) вычислить по формуле (16) коэффициент черноты aT.В формуле (16): T – температура термопары, Tr = Tr2, T0 = 295 К.Результаты расчета aT при двух значениях температуры и их среднее записать в табл.
2.Результат вычисления aTT, КTr2, КaTТаблица 2Среднее aT5. Подготовить табл. 3.Температура T2 светлой стороныТаблица 3T, КTr2, КПримечание. В таблице должно быть 10 строк.T2 , К146. Из табл. 1 записать в табл. 3 значения T и Tr2.7. Используя результаты измерения радиационной температуры Tr2 и определенноговыше среднего значения aT (см. табл. 2), вычислить температуру T2 светлой стороны по формуле (см. (17))T24 = 1Tr42− T04 − 1aT aTРезультаты расчета записать в табл.
3.8. По результатам табл. 3 построить графическую зависимость T2 от T. Оформлятьграфик так же, как и первый график. Через начало координат провести прямую линию подуглом 45о. Сделать выводы.Контрольные вопросы и задания1.Что такое тепловое излучение? Чем оно отличается от люминесценции?2.Что такое энергетическая светимость и спектральная плотность энергетической светимости? Какая связь между ними?3.Дать определение спектрального коэффициента поглощения.4.Опишите модель АЧТ.Объясните особенности спектра излучения черного тела.5.6.Сформулируйте законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина.7.Вычислите поток излучения с единичной поверхности АЧТ при T = 1000 К.8.На какой длине волны при T = 580 К спектральная плотность энергетической светимости АЧТ наибольшая?Чем характеризуется серое тело? Сформулируйте закон Стефана-Больцмана для серо9.го тела.10.Что такое радиационная температура серого тела? Какая связь между радиационной итермодинамической температурами при большой температуре?11.Опишите устройство и принцип работы радиационного пирометра.В чем состоит эффект Зеебека? Опишите устройство термопары.12.15Список рекомендуемой литературы1.Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В.
Квантовая физика. М.: Изд-во МГТУ, 2004. – 496 с.2.Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний,2001 –272 с.3.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высш. школа, 2000.4.Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. Т. 3. М.: Наука, 1987.5.Физическая энциклопедия. – М.: Большая Российская энциклопедия. Т. 3.
1992. 672 с.,ил. (Статья «Пирометры»).6.Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели. Л.: Энергия, 1978.7.Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио, 1978.ОглавлениеВведениеТеоретическая часть1. Характеристики излучения2. Законы теплового излучения3. Излучение реальных тел4. Оптический термометр5. Измерение температуры серых телЭкспериментальная часть1. Лабораторная установка2. Измерение температуры пластины оптическим и контактным термометрами3. Обработка результатов измеренийКонтрольные вопросы и заданияСписок рекомендуемой литературы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
