Пирометрические методы измерения температуры

 

 

 

 

 

 

 

ДИСЦИПЛИНА -  ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Отчет по лабораторной работе №

Пирометрические методы измерения температуры

(название работы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. 

 

Принял: 

 

 

 

«     »                    2012  г.

 

 

 

 

 

 

 Цель  работы.

• Ознакомление с принципом действия яркостного пирометра и практическое измерение яркостной температуры нагретого тела;
• Применение закона Кирхгофа и формулы Планка для определения истинной температуры тела;
• Экспериментальная проверка справедливости закона Стефана-Больцмана.

 

Оборудование  и образцы исследования: оптический пирометр с исчезающей нитью ОППИР-09, исследуемая лампа с блоком питания, стабилизированный источник постоянного тока Б5-47, амперметр.

Описание  экспериментальной установки.

Исследуемый образец (лампа  накаливания осветительной системы  микроскопа МИК) подключен к трансформатору по схеме, приведенной на рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Схема экспериментальной  установки

1 - автотрансформатор, 2 - ручка  регулировки напряжения трансформатора, 3 - лампочка (источник теплового  излучения), 4 - вольтметр , 5 – амперметр, 6-блок питания, 7 - пирометр

Пирометр ОППИР-09 подключен  к стабилизированному источнику  постоянного тока Б5-47, на котором  устанавливается напряжение 2,2 В.

Пирометр и исследуемая  лампа расположены напротив друг друга примерно на расстоянии 1 метра.

 

 

 

 

 

 

 

Номер опыта	U, B	I, A	P, Вт	lnP	t, °C	Тя , К	Т, К	lnT
1	5	2,3	11,5	2,442	t1 =970	1243 1213 1263	1303,78 1272,26 1326,26	7,17 7,14 7,19
					t2 =940
					t3 =990
					t =966,6
2	7	3,1	21,5	3,077	t1=1040 t2=1000 t3=1030 t=1023,3	1313 1273 1303	1381,21 1336,90 1371,74	7,23 7,20 7,22
3	8	3,7	29,6	3,387	t1 =1060	1333 1323 1363	1404,49 1392,75 1436,78	7,24 7,23 7,27
					t2 =1050
					t3 =1090
					t =1066,6

 

 

 

Расчетные формулы:

P=IU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обработать результаты измерений.

 

Обработка результатов исследований проводится каждым студентом самостоятельно при  оформлении отчёта о лабораторной работе.

Обработать результаты измерений  яркостной температуры Т_я соответствующие каждому напряжения.

• вычислить среднее арифметическое значение п измерений по формуле

                                           

• вычислить точечную оценку дисперсии i-го измерения 

                          ;

• вычислить   СКО   i-го   измерения      по формуле
• вычислить основную допускаемую погрешность измерения D_п по формуле

где t - коэффициент Стьюдента a=0,95  и п=3

• вычислить относительную погрешность измерений 

 

U, В	Пср, К	D[Пиj]	SПиj	ΔП, К	ε, %
5	1239,6	122,01	11,046	47,49	3,83
7	1296,3	144,45	12,019	51,68	3,99
8	1339,6	144,45	12,019	51,68	3,86

 

Вывод: 

Контрольные вопросы:

Тепловое излучение  и его характеристики: энергетический (световой) поток; излучательность (энергетическая светимость); спектральная плотность излучательности (испускательная способность). Связь между этими характеристиками.

Тепловое  излучение - это испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии излучающих тел

Световой поток - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению или по ее действию на селективный приемник света. В СИ измеряется в люменах (лм).

Интегральной энергетической светимостью называют поток энергии световых волн всех частот, излучаемый в одну секунду единицей поверхности тела:            

Здесь под dΦ понимают элементарный поток энергии всех частот, излучаемый с поверхности  тела dS в единицу времени (мощность излучения).

Излучательной способностью называют поток энергий световых волн определенной длины, излучаемый в одну секунду единицей поверхности тела. Излучательная способность зависит от длины волны (частоты) излучения и температуры тела.

Выделить из спектра  какое-либо монохроматическое излучение  сложно, практически выделяют излучение  в интервале частот от ν до dν+ ν, поэтому рассматривают спектральную  плотность энергетической светимости которая определяется как:             

где - энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от ν до ν + dν .

Энергетическая светимость и излучательная способность связаны соотношением

       

 

Что означает динамическое равновесие тела со своим тепловым излучением?

При  излучении тело теряет энергию. Если эта потеря энергии  будет компенсироваться путем поглощения тепла или излучения окружающих тел, то излучение данного тела называют равновесным.

 

Сформулируйте и  запишите закон Кирхгофа.

Отношение испускательных способностей тел к их поглощательным способностям не зависит от материала тел и равно величине, являющейся функцией частоты и температуры:

          

 

Сформулируйте и  запишите закон Вина.

Закон смещения Вина: произведение температуры T на длину волны λ_m, соответствующую максимуму, остается постоянным:

  b=2,898·10^–3м·К.

 

Пирометры и их назначение. Яркостный пирометр. Яркостная температура тела и ее связь с истинной температурой.

Пирометр — прибор для  бесконтактного измерения температуры  тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения  объекта измерения преимущественно  в диапазонах инфракрасного излучения  и видимого света. 
Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

Яркостные. Позволяют визуально  определять, как правило, без использования  специальных устройств, температуру  нагретого тела, путем сравнения  его цвета с цветом эталонной  нити.

Яркостная температуря Тя — это температура черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела, т. е. 
r(л)Tя=R(л)T 
где Т — истинная температура тела. По закону Кирхгофа, для исследуемого тела при длине   волны l 
R(лT)/A(лT)=r(лT) 
или, учитывая формулу, 
A(лT)=r(лTя)/r(лT) 
Taк как для нечерных тел А<1, то rl,Tя<rl,T и, следовательно, Tя<Т, т. е. истинная температура тела всегда выше яркостной.