Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи icon

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи




Скачати 143.69 Kb.
НазваМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи
Дата04.07.2012
Розмір143.69 Kb.
ТипДокументи

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторної роботи

Вимірювання температури оптичним пірометром”

з курсу “Теплотехнічні вимірювання і прилади”

для студентів спеціальностей

090508 “Компресори, пневмоагрегати та вакуумна техніка”, 090520 “Холодильні машини і установки”,

000008 “Енергетичний менеджмент”

денної форми навчання


Суми

Вид-во СумДУ

2008

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи „Вимірювання температури оптичним пірометром” з курсу „Теплотехнічні вимірювання і прилади” /Укладачі А.Ф. Курилов, В.М. Козін. – Суми: Вид-во СумДУ, 2008.- 16 с.


Кафедра ТЕХНічної ТЕПЛОФіЗИКИ


ЗМІСТ

С.

Вступ...................................................................................................4

1. Загальні відомості………………………………………………..4

2. Опис установки і приладів............................................................9

3. Порядок проведення роботи.......................................................11

4. Обробка результатів вимірювань...............................................12

5. Зміст звіту.....................................................................................14

6. Контрольні питання.....................................................................15

Список використаної літератури.....................................................15

ВСТУП

Вимірювання температури за допомогою безконтактних засобів покликане необхідністю вимірювання великих та надвеликих температур, які властиві ряду виробництв у різних галузях промисловості. Таких, наприклад, як металургія, скляна, військова промисловість та багато інших. Прилади для безконтактного вимірювання температури також застосовуються у котельних установках та інших енергогенеруючих об’єктах. Значне використання ці прилади отримали після створення та впровадження у виробництво комплексних систем автоматизованого управління об’єктами та технологічними процесами.

Теоретичною основою для створення безконтактних засобів вимірювання температури стало відкриття М. Планком, В. Віном, Л. Больцманом та іншими видатними вченими основних законів теплового радіаційного випромінювання, введення ними таких понять як „спектр” та „абсолютно чорне тіло” тощо, які лягли в основу принципу дії сучасних приладів з безконтактного вимірювання температури – пірометрів, – мова про які піде у лабораторній роботі.


^ МЕТА РОБОТИ:

– вивчення конструкції і принципу дії оптичного пірометра «Промінь»;

– отримання навиків з вимірювання температури пірометром;

– ознайомлення з оцінкою похибок при багатократних спостереженнях.


^ 1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ


Розглянуті у лабораторній роботі 1 термометри для вимірювання температури (термометри розширення, термоелектричні і опору) передбачають безпосередній контакт між чутливим елементом термометра і вимірюваним середовищем. Верхня межа вимірювання таких методів, які називають контактними, обмежується . Проте в промисловості і при дослідженнях часто виникає необхідність вимірювання більш високих температур. Крім того, часто недопустимий безпосередній контакт термометра з вимірюваним тілом або середовищем. У цих випадках застосовуються безконтактні засоби визначення температури, які вимірюють температуру тіла по його тепловому випромінюванню. Такі засоби вимірювання називаються пірометрами (від гр. pyr – вогонь). Пірометри, які серійно випускаються, дозволяють контролювати температуру від до . Однією з головних переваг даних пристроїв є відсутність впливу вимірника на температурні поля нагрітого тіла, оскільки у процесі вимірювання вони не вступають у безпосередній контакт один з одним.

Безконтактні методи вимірювання температури теоретично не мають верхньої межі вимірювання, і можливості їх використання визначаються відповідністю спектру випромінювання вимірюваних тіл або середовищ і спектральних характеристик пірометрів. Якщо для яких-небудь умов можуть бути використані і контактні, і безконтактні методи вимірювання температури, то перевагу необхідно віддавати контактним, оскільки вони дозволяють забезпечити більш високу точність вимірювання.

Усі тіла випромінюють електромагнітні хвилі різної довжини в інтервалі від до . Більшість твердих і рідких тіл мають безперервний спектр випромінювання, тобто випромінюють хвилі усіх довжин. Інші тіла (чисті метали і гази) володіють селективним спектром випромінювання, тобто випромінюють хвилі тільки на певних ділянках спектра. Ділянка, починаючи від хвиль завдовжки до , відповідає видимому спектру. Хвилі з довжиною відносяться до невидимого інфрачервоного випромінювання.

Сумарне випромінювання тіла по всіх довжинах хвиль і за всіма напрямками півсферичного простору називають інтегральним (повним) променистим потоком , а випромінювання, віднесене до одиниці поверхні тіла , – густиною інтегрального півсферичного випромінювання, або випромінювальною здатністю тіла, :

.

Очевидно, що інтегральний променистий потік, Вт:

.

Випромінювання, що відноситься до вузького інтервалу зміни довжини хвилі від до , називають потоком монохроматичного випромінювання . Відповідно густина монохроматичного півсферичного випромінювання при сталій довжині хвилі, :

.

Якщо віднести густину монохроматичного випромінювання до величини інтервалу довжин хвиль , то отримують монохроматичну, або спектральну інтенсивність випромінювання:

.

Спектральну інтенсивність випромінювання, віднесену до одиниці елементарного тілесного кута , називають спектральною яскравістю випромінювання, :

.

Одним із основних законів випромінювання є закон Планка, який встановлює залежність спектральної інтенсивності випромінювання від температури:

,

де – довжина хвилі, м; Т – температура, К; і – постійні Планка; , .

Для ділянки видимого спектра випромінювання рівняння Планка можна спростити і одержати закон випромінювання Віна:

.

Для похибка не перевищуватиме порівняно із законом Планка.

Густина інтегрального півсферичного випромінювання визначається як сумарна енергія випромінювання тіла по всіх довжинах хвиль (закон Стефана-Больцмана):

.

Після інтегрування отримаємо, :

або ,

де – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, АЧТ.

Різні тіла володіють неоднаковою випромінювальною здатністю. Найбільшу випромінювальну здатність має абсолютно чорне тіло, якому відповідає безперервний спектр випромінювання. АЧТ є математичною абстракцією, оскільки у природі таких тіл практично немає.

Вимірювання температури тіл по їх випромінюванню можна проводити різними методами. Частіше за все користуються такими трьома методами:

1) яскравістю – по спектральній інтенсивності випромінювання тіла проміння певної довжини хвилі – за величиною (або ) в монохроматичному світлі;

2) радіаційним – по густині інтегрального випромінювання (по випромінювальній здатності) тіла – за величиною ;

3) колірним – по відношенню спектральної інтенсивності випромінювання тілом проміння двох певних довжин хвиль – за відношенням .

Яскравісний метод вимірювання, який обмежується тільки видимою областю спектра, також називають оптичним.

Оскільки теплове випромінювання реальних тіл за однакової температури виходить неоднаковим, то доводиться всі вимірювальні пристрої градуювати на температуру, відповідну випромінюванню АЧТ.

Під час вимірювання температури реальних тіл пірометри, відградуйовані по АЧТ, показують якусь умовну псевдотемпературу, причому відмінність псевдотемператури від дійсної тим більша, чим більше відрізняються випромінювальні здібності реального тіла від випромінювальних здібностей АЧТ. Для переходу від умовної температури до дійсної у показники пірометрів вводяться відповідні поправки.

Залежно від типу пірометра розрізняють радіаційну, яскравісну і колірну температури.

Радіаційною температурою реального тіла називають температуру, при якій повна потужність АЧТ дорівнює повній енергії випромінювання даного тіла при дійсній температурі . На підставі закону Стефана-Больцмана маємо:

, звідки .

Різниця між дійсною і радіаційною температурами складе

.

Для реальних тіл інтегральний ступінь чорноти , тому радіаційна температура завжди менше дійсної температури об'єкта вимірювання.

Яскравісною температурою реального тіла називають температуру, при якій густина потоку спектрального випромінювання АЧТ дорівнює густині потоку спектрального випромінювання реального тіла для тієї ж довжини хвилі (або вузького інтервалу спектра) при дійсній температурі . Співвідношення між даними температурами записується у такому вигляді:

.

Оскільки коефіцієнт спектрального випромінювання , то і яскравісна температура завжди нижче дійсної, причому вона розрізняється сильніше при меншому значенні .

Колірною температурою реального тіла називають температуру, при якій відношення густини потоків випромінювання АЧТ для двох довжин хвиль і дорівнює відношенню густини потоків випромінювань реального тіла для тих же довжин хвиль при дійсній температурі . Зв'язок між даними температурами записується у вигляді такого виразу:

.

Для фізичних об'єктів, у яких спектральний ступінь довжини хвилі .

Якщо ступінь чорноти зменшується із збільшенням довжини хвилі . Для ділянок, які характеризуються рівною величиною ступеня чорноти (АЧТ, сіре тіло) . Яскравісні вимірювання відрізняються високою чутливістю, радіаційні мають дещо меншу чутливість, проте здійснити їх технічно простіше. Колірні вимірювання також не мають високої чутливості, проте в цьому випадку поправки на температуру реальних тіл значно менші, ніж для інших методів вимірювання.


^ 2 ОПИС УСТАНОВКИ І ПРИЛАДІВ


Дія оптичного пірометра заснована на використанні залежності густини потоку монохроматичного випромінювання від температури (закон Планка). В пірометрі використано принцип зрівнювання яскравості зображення об'єкта з яскравістю нитки пірометричної лампи. Рівність яскравостей сприймається спостерігачем як зникнення нитки лампи на фоні зображення об'єкта.

Схема оптичного пірометра «Промінь» подана на рис. 1. Випромінювання від об'єкта вимірювання ^ 1 проходить через об'єктив 2 і фокусується у площині А. У цій же площині розміщена нитка пірометричної лампи 3.

Зображення об'єкта вимірювання і нитки пірометричної лампи може бути розглянуто спостерігачем 5 (пірометристом) через окуляр 4. Між ниткою пірометричної лампи і окуляром розміщується червоний світлофільтр 6. Між об'єктивом і ниткою пірометричної лампи може вводитися поглинаюче скло 7. Для зміни напруження нитки застосовується реостат 8, який змінює струм, що проходить через нитку пірометричної лампи від джерела живлення 9. Значення струму вимірюється приладом 10, який відградуйований у значеннях яскравісної температури.




Рисунок 1 – Принципова схема квазімонохроматичного пірометра


Контроль за розрядом батареї живлення здійснюється компаратором напруги. Компаратор порівнює стабільну напругу з напругою живлення пірометра. При розряді елемента живлення нижче за допомогою компаратора на лицьовій панелі приладу спалахує світлодіодний індикатор.

Діапазон вимірюваних температур від до розділений на три піддіапазони: ; ; . Ефективна довжина хвилі пірометра у всьому діапазоні вимірюваних температур у межах . Основна допустима похибка вимірювання при температурі навколишнього повітря , відносній вологості і відсутності зовнішнього магнітного поля, окрім земного, для першого піддіапазону становить , для другого – і для третього – .

Зміна значень пірометра, викликана зміною температури навколишнього повітря від не перевищує половини основної допустимої похибки пірометра на кожні зміни температури.

Об'єкт вимірювання температури – це ніхромовий дріт із наведеним ступенем чорноти , що натягнутий у скляній камері. Ступінь чорноти залежить від строку експлуатації матеріалу, його виду і якості обробки тощо. Нагрів дроту здійснюється від мережі через автотрансформатор.

Для зменшення похибки від впливу стороннього випромінювання скляна камера закрита поліетиленовим чохлом.


^ 3 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ


3.1 Закріпити пірометр на столі за допомогою спеціального кронштейна і двох болтів М8.

3.2 Переміщенням окуляра досягнути чіткої видимості нитки лампи у полі зору.

3.3 Пірометр візувати на вимірюваний об'єкт, який повинен знаходитися в центральній частині поля зору проти покажчика. Ручку покажчика діапазонів встановити на перший піддіапазон вимірювання .

Наведення пірометра на різкість проводити пересуванням об'єктива 2 (рис.1).

3.4 Порівняння яскравостей (фотометрування) проводять поворотом ручки (справа на корпусі) при включеному пірометрі. Фотометрувати необхідно повторно-почергово, наближаючись до яскравості вимірюваного об'єкта, від дуже великої яскравості до малої і навпаки. Провести вимірювань температури при постійному навантаженні у , а одержані результати занести у таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 Результати вимірювань

Кількість спостережень

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


































3.5 Під час роботи з приладом необхідно звертати увагу на світлодіодний індикатор.

3.6 Температуру повітря в лабораторії визначити за допомогою ртутного термометра.


^ 4 ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ


4.1 Обчислити середнє арифметичне результатів вимірювань за формулою:

.

4.2 Провести оцінку середньої квадратичної похибки ряду вимірювань

.

4.3 Виключити вимірювання, виконані з помилкою більшою за , як грубі похибки, і знову визначити параметри і за числом спостережень , які залишилися.

4.4 Провести оцінку точності результату вимірювання:

.

4.5 Визначити межі довірчого інтервалу за формулою:

,

де – коефіцієнт розподілу Стьюдента, який залежить від довірчої вірогідності і числа спостережень. Коефіцієнт визначають з [1, таблиця 2.2].

4.6 Обчислити дійсну температуру і значення поправки за формулами:

,

; ,

де ; .

4.7 Визначити межі невиключеної систематичної похибки за формулою:

,

де – межа ої невиключеної систематичної похибки;

– коефіцієнт, який визначається прийнятою довірчою вірогідністю. Коефіцієнт береться таким, що дорівнює при довірчій вірогідності .

У загальному випадку ; ; та визначається з таблиці, що знаходиться біля лабораторної установки.

4.8 Визначити межі похибки результату вимірювання.

Обчислення межі сумарної похибки вимірювання при прямих багатократних спостереженнях і статистичній обробці їх результатів проводять за формулою:

,

де – коефіцієнт, залежний від співвідношення випадкової і невиключеної систематичних похибок;

– оцінка сумарного середнього квадратичного відхилення результату вимірювання.

Оцінку сумарного середнього квадратичного відхилення результату вимірювання обчислюють за формулою:

.

Коефіцієнт обчислюють за емпіричною формулою:

.

У випадку, якщо , то невиключеними систематичними похибками нехтують і вважають, що межа похибки результату . Якщо , то . Коли , то випадковою похибкою нехтують і вважають, що межа похибки результату .

4.9 Оформити результат вимірювання згідно

ГОСТ 8.011-72.

При симетричній довірчій похибці результати вимірювання подають у формі:

, ,

де – результат вимірювання.

Числове значення результату вимірювання повинно закінчуватися цифрою того ж розряду, що і значення похибки .

За відсутності даних про вид функцій розподілів складових похибки результату і необхідності подальшої обробки результатів або аналізу похибок, результати вимірювань подають у формі:

; ; ; .


^ 5 ЗМІСТ ЗВІТУ


Звіт повинен включати:

1 Назву та мету виконання лабораторної роботи.

2 Принципову схему пірометра, опис конструктивного пристрою і принципу дії.

3 Протокол вимірювань.

4 Обробку дослідних даних і правильний запис результату вимірювань.

5 Висновки.


^ 6 КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ


1 Основні характеристики теплового випромінювання.

2 Методи вимірювання температури тіл по їх випромінюванню.

3 Поняття про яскравісну, радіаційну і колірну температури.

4 Обчислення поправки для визначення дійсної температури.

5 Порядок визначення похибки результату вимірювань.

6 Форма запису результату вимірювань.


^ СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ


1 Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. – 232 с.

2 Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1989. – 456 с.

3 Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978. – 215 с.

4 Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978. – 704 с.

5 Чистяков В.С. Краткий справочник по теплотехническим измерениям. М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.

6 ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.


Навчальне видання


^ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторної роботи

Вимірювання температури оптичним пірометром”

з курсу “Теплотехнічні вимірювання і прилади”

для студентів спеціальностей

090508 “Компресори, пневмоагрегати та вакуумна техніка”, 090520 “Холодильні машини і установки”,

000008 “Енергетичний менеджмент”

денної форми навчання


Відповідальний за випуск Г.А. Бондаренко

Редактор Н.М. Мажуга

Комп’ютерне верстання В.М. Козін


Підп. до друку 11.11. 2008, поз.

Формат 6084/16. Папір офс. Гарнітура Times New Roman Cyr.Друк офс.

Ум. друк. арк. 0,93. Обл.-вид.арк. 0,67.

Тираж 100 пр. Собівартість вид.

Зам. №


Видавництво СумДУ при Сумському державному університеті

40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2

Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи до Державного реєстру

ДК № 3062 від 17.12.2007.

Надруковано у друкарні СумДУ

40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2.

Схожі:

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Оцінка анормальності результатів вимірювань при контролі потужності приводу...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Розрахунок параметрів фактичного розподілу і оцінка достовірності впливу ремонту...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Визначення оцінок І довірчих меж для параметрів нормального розподілу при вимірюванні...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Оптимізація засобів технологічного оснащення металорізальних верстатів методами...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи на тему "ливарне виробництво"
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи на тему "Ливарне виробництво" з курсу "Технологія конструкційних матеріалів і...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи з курсу «Фізика»
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи з курсу «Фізика» на тему «Вимірювання кутів і пірамідальності призм»
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи «дослідження процесу хонінгування отворів»
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Дослідження процесу хонінгування отворів» / Укладачі: В.І. Савчук, А. В. Євтухов....
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки до виконання лабораторної роботи з теми "Випробування двоступеневого поршневого компресора"
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи з теми “Випробування двоступеневого поршневого компресора” з дисципліни “Об’ємні...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " " визначення роботи виходу електрона"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення роботи виходу електрона” ( розділ...
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні рекомендації до виконання лабораторної роботи Прочитайте лекцію 12. Порядок виконання роботи
Створити директорію Lab7, в якій будуть розміщуватися проекти цієї лабораторної роботи
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи iconМетодичні рекомендації до виконання лабораторної роботи Прочитайте лекцію 13. Порядок виконання роботи
Створити директорію Lab8, в якій будуть розміщуватися проекти цієї лабораторної роботи
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи