Учебная работа. Разработка лабораторной работы на тему: «Пирометрические методы измерения температуры»

Учебная работа. Разработка лабораторной работы на тему: «Пирометрические методы измерения температуры»

Курсовая работа

Разработка лабораторной работы на тему «Пирометрические способы измерения температуры»

Введение

термический излучение пирометр поверка

Пирометры — бесконтактные измерители температуры, принцип деяния которых основан на регистрации термического излучения объекта измерения в большей степени в спектрах инфракрасного излучения и видимого света — как и раньше являются неподменными элементами цепей контроля и управления в целом ряде отраслей индустрии — металлургической, машиностроительной, электрической, хим, медико-биологической и т.д. Неповторимость схожих устройств состоит в том, что они разрешают определять температуру тел в недоступных местах, на объектах, небезопасных для людского здоровья, также температуру объектов, находящихся в движении (струя сплава при выпуске из печи либо ковша, слиток в процессе проката, лопатка вращающейся турбины). На нынешний денек, фактически, ни одна промышленная ветвь (сталелитейная, нефтеперерабатывающая) не обходится без внедрения пирометров. Так как пирометры принципно не имеют ограничения верхнего предела измерения и не требуют контакта с объектом, то они используются для измерения больших и сверхвысоких температур, для измерения температуры брутальных сред (водянистый сплав, в особенности цветной). Указатели температуры при таковых измерениях теряют свои метрологические характеристики либо просто разрушаются.

Применение пирометров желательно в ряде всевозможных случаев при автоматизации процесса там, где нужен непрерывный контроль температуры, при измерении температуры в быстропротекающих действиях (взрыв, вспышка, импульсный нагрев), потому что неизменная времени фотоэлектрических приемников излучения очень мала и это делает пирометрический контроль фактически безынерционным.

И, в конце концов, пирометры нужны в тех вариантах, когда неприемлимо искажение температурного поля объекта, которое может произойти в итоге контакта указателя температуры с объектом измерения. Это элементы микросхем, био объекты и т.п.

Внедрение современной элементной базы значительно расширило способности этих устройств и позволило наделить их новенькими качествами — кроме измерения они могут сейчас проводить обработку приобретенной инфы и производить сложные деяния по управлению технологическим действием. Снизился их вес, уменьшились габариты, приборы стали проще и удобнее в эксплуатации. Все это оказалось вероятным благодаря применению в устройствах новейшей элементной базы, включающей процессоры.

Перед контактными способами измерения температуры пирометрические владеют последующими преимуществами:

· высочайшим быстродействием, определяемым типом приемника излучения и схемой обработки электронных сигналов. При использовании квантовых приемников излучения (фотодиодов) и быстродействующих аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) неизменная времени может составлять 10-2-10-6 с;

· возможностью измерения температуры передвигающихся объектов и частей оборудования, находящихся под высоковольтным потенциалом;

· отсутствием преломления температурного поля объекта контроля, что в особенности животрепещуще при измерении температуры материалов с низкой теплопроводимостью (дерево, пластик и др.), также риска повреждения поверхности и формы в случае мягеньких (пластичных) объектов;

· возможностью измерения больших температур, при которых применение контактных средств измерения или нереально, или время их работы весьма невелико;

· возможностью работы в критериях завышенной радиации и температуры окружающей среды (до 250°С) при разнесении приемной головки и электроники пирометра при помощи оптоволоконного кабеля.

1. Термическое излучение
1.1 Источники термического излучения

вместе с контактными способами для измерения температуры можно применять и термическое излучение, потому что понятно, что разные характеристики (характеристики) термического излучения нагретых тел зависят от их температуры.

Термическое излучение — это свечение вещества, обусловленное термическим движением — кинетической энергией его частиц. Потому что термическое движение неискоренимо (оно прекращается лишь при температуре, равной абсолютному нулю, но таковая температура, как понятно, недостижима), то и термическое излучение вещества, его свечение, имеет пространство постоянно. Физический механизм этого излучения зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. При низких температурах (Т< 500-600 К) излучение обосновано колебательно-вращательным движением молекул, также колебаниями атомов либо ионов, составляющих жесткое тело. Частота таковых колебаний лежит в инфракрасной области излучения. С ростом температуры тела его энергия становится достаточной, чтоб перевести атомы либо молекулы в возбужденные электрические состояния. Энергия излучения из этих состояний существенно больше, чем колебательно-вращательная, потому с повышением температуры весь диапазон термического излучения сдвигается в сторону наиболее маленьких длин волн, т.е. в видимую область. Механизм термического излучения металлов имеет свои индивидуальности. В сплавах есть много вольных, т.е. принадлежащих не отдельным атомам, а всей железной сетке, электронов. При нагревании средняя скорость движения этих электронов вырастает. Но так как «вольные» электроны движутся в железной сетке, то они временами сталкиваются с ее атомами, тормозятся и, как всякая заряженная частичка, передвигающаяся с убыстрением (в данном случае — отрицательным), источают электромагнитные волны. Понятно, что не считая этого сплав при нагревании испускает также за счет колебательно-вращательного и электрического движений составляющих его атомов (ионов). В процессе излучения тело теряет энергию и охлаждается. Для поддержания неизменной температуры нужен приток энергии снаружи — за счет поглощения наружного излучения либо тепла от окружающей среды, методом нагрева электронным током и т.д. При неизменной температуре излучающее тело и окружающая среда находятся в состоянии термодинамического равновесия, которое является главный отличительной чертой термического излучения. Приведенная тут очень облегченная схема механизма термического излучения не учитывает почти всех его особенностей. Но, независимо от природы температурно-излучающего вещества были экспериментально установлены последующие высококачественные закономерности:

а) при хоть какой температуре Т > 0 К все тела источают электромагнитные волны;

б) интенсивность излучения не зависит от параметров окружающей cреды и определяется лишь температурой данного тела;

в) c увеличением температуры вырастает толика энергии термического излучения, приходящаяся на область маленьких длин волн. При низкой (к примеру, комнатной) температуре излучение фактически ограничено только весьма длинноватыми инфракрасными невидимыми волнами. По мере нагревания расцветка тела начинает изменяться, становясь поначалу красноватой, а потом белоснежной, что показывает на смещение максимума излучения в коротковолновую область диапазона;

г) термическое излучение в отличие от остальных видов излучения (люминесценции, рассеяния, отражения, тормозного, лазерного) является сбалансированным, т.е. это электромагнитное излучение тела, находящегося в состоянии термодинамического равновесия со средой.

1.2 законы термического излучения

Термическое излучение нагретого тела может различными методами употребляться для измерения температуры. В данной работе применяется один из этих методов, имеющий наибольшее практическое применение. В базу описанного способа положено сопоставление яркости нагретого тела с яркостью полностью темного тела в том же спектральном интервале. Под полностью черным телом понимается тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию. Такое безупречное тело в природе отсутствует. Модель его быть может представлена в виде маленького отверстия в замкнутой полости (рис. 1.1). Излучение хоть какой частоты, попав через это отверстие вовнутрь полости и претерпевая неоднократные отражения, фактически из полости не выйдет. Потому маленькое отверстие, как и «темное тело», поглощает все падающие на него лучи хоть какой длины волны.

Рис. 1.1. Модель полностью темного тела.

Для таковой модели полностью темного тела коэффициент поглощения (отношение поглощаемой энергии к энергии падающего потока) можно принять равным единице. Все физические (настоящие) тела по степени поглощения ими лучистой энергии различаются от полностью темного тела и имеют коэффициент поглощения меньше единицы.

Интенсивность термического излучения можно охарактеризовывать величиной энергетической светимости R — количеством энергии, излучаемой при данной температуре единицей поверхности в единицу времени для всех длин волн. Энергетическая светимость физических тел R различается от энергетической светимости R0 полностью темного тела при данной температуре Т и быть может охарактеризована коэффициентом (степенью) черноты тела е. Этот коэффициент черноты представляет собой дробь, определяющую ту часть энергии, которую составляет излучение данного тела от излучения полностью темного тела при той же температуре, т.е. е = R/R0.

Испускательной способностью тела rл именуется энергетическая светимость, приходящаяся на узенький спектральный интервал dл, отнесенную к ширине этого интервала

rл =dR/dл.

Обозначая через ел — коэффициент черноты монохроматического излучения тела, аналогично предшествующему выражению, можно записать:

ел= rл / r0л.

Для всех физических тел R< R0 и rл < r0л, т.е. 0 < е < 1 и 0 < ел < 1. Все эти величины зависят от строения вещества и от состояния его поверхности.

Экспериментальные данные, приобретенные при исследовании испускательной возможности полностью темного тела, дозволили выстроить кривые распределения энергии по длинам волн. Кривые, приобретенные для нескольких температур, приведены на рис. 1.2, где по оси абсцисс отложены длины волн, по оси ординат — надлежащие значения испускательной возможности.

Рис. 1.2. Распределение энергии в диапазоне излучения полностью темного тела

Как видно из рис. 1.2, кривые имеют максимум, который при повышении температуры становится не только лишь наиболее резко выраженным, да и двигается в сторону наиболее маленьких длин волн. Общее количество энергии, излучаемой телом с единицы поверхности (оно выражается площадью под соответственной кривой), стремительно увеличивается с увеличением температуры.

Не один раз предпринимались пробы на теоретическом уровне отыскать вид функции r0л для полностью темного тела, определяющей зависимость интенсивности монохроматического излучения от длины волны и температуры. Все пробы, предпринятые в этом направлении, оставались безуспешными, пока не были приняты во внимание квантовые характеристики действий излучения и поглощения световой энергии. Анализируя предпосылки неудач, германский ученый, узнаваемый физик М. Планк, пришел к выводу, что законы традиционной электродинамики не применимы к атомным излучателям; он допустил, что гармонический излучатель частотой щ может владеть припасом энергии, лишь кратным hн, где h — всепригодная неизменная (неизменная Планка), равная 6,63·10-34 Дж·с. Из этого допущения, как следствие, вытекает, что как излучение, так и поглощение энергии атомом может происходить лишь порциями (квантами), величина которых так же определяется величиной ћ.

Исходя из этих предпосылок, Планк показал, что испускательная способность полностью темного тела определяется последующим соотношением:

где с=3·108 м/с — скорость света в вакууме, k=1,38·10-23 Дж/К — неизменная Больцмана, ћ=h/2р-постоянная Планка.

Обозначив

Тогда можно записать:

Из этих соотношений вытекает ряд главных законов термического излучения полностью темного тела.

1. Закон Стефана-Больцмана. Интегральная светимость R(T) (либо энергия излучения) полностью темного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T: , у — неизменная Стефана-Больцмана, равная 5,671·10-8Вт •К4/мІ.

2. законсмещения Вина: произведение температуры T на длину волны лm, подобающую максимуму, остается неизменным: .

3. законизлучения Релея-Джинса: справедлив при огромных

2. систематизация пирометрических способов и устройств измерения температур
2.1 Пирометрические способы измерения температур

В природе не существует полностью темных тел. Более близка к а.ч.т. сажа, которая поглощает 90% падающего на нее излучения. Излучательная способность настоящих тел постоянно ниже излучения а.ч.т. По форме функции излучения тела делятся на сероватые, форма функции подобна форме функции а.ч.т и селективные, форма функции излучения резко различается от излучения а.ч.т. Потому что настоящие тела имеют хорошую от а.ч.т. функцию излучения, то вводят понятия различной температуры.

Рис. 1.3. Излучательная способность АЧТ и настоящих объектов

законПланка и выводы из него справедливы лишь для так именуемого полностью темного тела, представляющего из себя воображаемый безупречный излучатель, развивающий самую большую вероятную при данной температуре мощность излучения. Так как мощность излучения настоящего физического тела при некой температуре постоянно меньше мощности излучения полностью темного тела при той же температуре, то, оценивая температуру по монохроматической яркости, недозволено найти действительную температуру настоящего физического тела. Заместо нее постоянно определяется относительно наименьшая, так именуемая яркостная температура, т.е. температура, до которой нужно подогреть полностью темное тело для того, чтоб его монохроматическая яркость была равна соответственной фактической яркости настоящего физического тела.

Радиационная температура — это температура а.ч.т., интегральное излучение которого равно интегральному излучению настоящего тела. Т.е. определяют суммарное излучение объекта (плотность излучения во всем спектре длин волн — от л=0 до л2=?) и по ее величине по функции излучения а.ч.т. ссудят о температуре. Она постоянно ниже настоящей.

Цветовая температура. Цвет имеет конкретное отношение к температуре. Когда пламя пылает при высочайшей температуре, то оно имеет голубий цвет. Цветовая температура — это таковая температура темного тела, при которой его энергетическая светимость равна энергетической светимости данного источника (к примеру, лампы). Цветовая температура выражается в градусах по шкале Кельвина и базируется на воображаемом объекте, именуемом черным телом.

способы радиационной пирометрии основаны на определении: интенсивности суммарного потока излучения (пирометрия полного излучения); интенсивности монохроматического излучения (яркостная пирометрия); спектрального распределения плотности потока излучения (спектральное отношение, цветовая пирометрия).

Пирометрия полного излучения.

Полное излучение — это излучение во всем диапазоне, которое определяется площадью под кривой зависимости мощности излучения темного тела от длины волны (рис. 1.2)

Эти способ основан на зависимости от температуры интегральной мощности излучения АЧТ во всем спектре длин волн, определяемой законом Стефана-Больцмана:

где, Eт — полная энергия излучаемая телом при абсолютной температуре Т за одну секунду с поверхности площадью 1 смІ;

у — коэффициент пропорциональности равный 5,75 вт/смІ град.4

Для настоящего тела эта зависимость определяется выражением

где 0,04?ет?1-коэффициент термического излучения (коэффициент излучательной возможности), зависящий от материала излучателя и от состояния и температуры его поверхности. Пирометр, градуированный по излучению АЧТ, при измерении на настоящем объекте покажет так именуемую радиационную температуру Тр,

Пирометрия частичного излучения.

Базирована на использовании зависимости от температуры мощности излучения в ограниченном спектре длин волн.

Вследствие неполноты излучения настоящих тел яркостные пирометры определяют не действительную температуру тела Т, а так именуемую яркостную температуру Тя. Соотношение меж реальной и яркостной температурами, как надо из законов излучения, определяется выражением

где ел — коэффициент термического излучения для длины волны л.

Из соотношения приведенного выше получаем выражение для настоящей температуры объекта:

Способ спектрального дела.

Способ основано на том, что с конфигурацией температуры изменяется цвет накаленного тела. При всем этом, если выделить в диапазоне излучения накаленного тела два монохроматических излучения с длинами волн л1 и л2 (соответственных, к примеру, красноватому и голубому свету), то с конфигурацией цвета будет изменяться соотношение яркостей этих излучений.

Регится так именуемая цветовая температура тела Тц-условную температуру, при которой АЧТ имеет такое же относительное спектральное распределение энергетической яркости, что и исследуемое реальное тело с реальной температурой Т.

Показания пирометра спектрального дела соответствуют реальной температуре, если объект является полностью черным либо сероватым телом.

Связь меж реальной и цветовой температурой определяется выражением

где и — коэффициенты излучательной возможности тела соответственно на длинах волн л1 и л2.

Для почти всех тел не остается неизменным с конфигурацией длины волны. У металлов миниатюризируется с ростом длины волны, у неметаллических тел в ряде всевозможных случаев , напротив, возрастает. Так как при л1>л2 величина то измеренная цветовая температура, как надо из выражения (12-3), быть может больше, меньше реальной температуры либо равна ей. Из этого же выражения следует, что цветовая температура Тц тела тем поближе к реальной температуре, чем больше разность л2 — л1.

В применении пирометрических способов измерения температуры есть методические задачи.

Во-1-х, в природе не существует совершенно монохроматического излучения и реально имеющееся излучение в узеньком спектре длин волн (квазимонохроматическое) охарактеризовывают эквивалентной длиной волны. понятие эквивалентной длины волны обширно употребляется в зрительной пирометрии. Некорректность такового подхода может приводить в значимым погрешностям при измерении больших температур пирометрическими системами с широкой полосой пропускания либо в инфракрасном спектре.

Во-2-х, в отличие от полностью темного тела, настоящие тела имеют ненулевые значения коэффициентов отражения и пропускания и для их значительно понятие коэффициента излучательной возможности, являющееся синонимом коэффициента поглощения для тела, находящегося в термическом равновесии.

В-3-х, излучение окружающих тел, отражающееся от объекта также искажает картину его излучения. Погрешности в этом случае могут быть значительными.

2.2 Систематизация пирометров излучения

Пирометры полного излучения.

В этих пирометрах употребляется термическое действие полного излучения нагретого тела, включая как видимое, так и не видимое излучение. Такие пирометры именуются также радиационными. В качестве чувствительного элемента в радиационных пирометрах употребляется термобатарея из нескольких маленьких поочередно соединенных термопар 2 (рис 1.4), рабочие спаи которых греются излучением объекта измерения (1), фокусируемых при помощи оптической системы (3). Возникающая Т.Э.Д.С. измеряется при помощи милливольтметра либо автоматического потенциометра (4), градуированного в градусах.

Рис. 1.4

Радиационные пирометры градуируются по полностью черному телу и демонстрируют так именуемую «радиационную» температуру. Связь меж настоящей температурой тела и его радиационной температурой, показываемой устройством:

где TР — показания пирометра полного излучения. Поправка, которые нужно заносить в показания радиационного пирометра для определения настоящей температуры, могут достигать нескольких сотен градусов, если объект измерения по своим радиационным свойствам существенно различается от полностью темного тела.

Положительной индивидуальностью радиационных пирометров будет то, что их можно использовать также и для измерения низких температур, при которых объект измерения не дает видимого излучения. Может быть также измерение температуры тел, наиболее прохладных, чем окружающая среда. В крайнем случае термобатарея не греется, а охлаждается во время радиационного термообмена меж ней и объектом измерения. В критериях, когда разница температур объекта измерения и окружающей среды невелика, нужно тщательное термостатирование вольных концов термопар либо всего корпуса телескопа пирометра. В истинное время радиационные пирометры используются для измерения температур в спектре от -40 до 2500°С. В особенности комфортно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения низких температур, при которых способы оптической и цветовой пирометрии неприемлемы, к примеру, для измерения низких температур передвигающихся предметов.

Пирометры частичного излучения являются наиболее точными по сопоставлению с пирометрами полного излучения. Они работают на принципе сопоставления яркости свечения измеряемого тела с яркостью свечения нити, температура которой совершенно точно связана с проходившим по ней током. Другими словами такие пирометры регистрируют так именуемую яркостную температуру. Сопоставление осуществляется наблюдателем, при этом человечий глаз оказывается способным очень буквально улавливать (в среднем ±5°С) момент равенства яркости свечения — в этом случае температуры нити и измеряемого тела равны и определяются по шкале интегрированной в устройство и проградуированной в градусах.

В этих пирометрах употребляют не всю энергию излучения нити и измеряемого тела, а только часть его в зоне красноватого излучения с максимумом интенсивности при длине волны около 0.65 мкм. Для данной нам цели перед глазом наблюдающего ставят красноватый светофильтр, задерживающий волны с длиной наименее 0.62 мкм.

Внедрение энергии излучения в видимой части диапазона вызвано тем, что интенсивность этого излучения вырастает намного резвее по сопоставлению с интегральным излучением, и при всем этом малые конфигурации температуры дают огромные отличия яркости, что намного увеличивает точность измерения.

Выбор красноватого светофильтра, обеспечивающего работу устройства с излучением длиной волны 0,65 мкм, обоснован желанием проводить измерения с достаточной степенью точности при низких температурах 700 — 1000°С), потому что при всем этом интенсивность излучения в красноватой области диапазона является большей по сопоставлению с остальным излучением в видимой области диапазона.

Пирометры частичного излучения градуируются по излучению полностью темного тела. Потому при измерении температуры настоящих тел они демонстрируют наиболее низкую по сопоставлению с реальной так именуемую яркостную Тя температуру, т.е. температуру полностью чёрного тела, при которой интенсивность при данной нам длине волны равна излучению настоящего тела.

Соотношение меж яркостной температурой Тя и настоящей температурой Ти определяется уравнением:

,

где — степень черноты (коэффициент излучательной возможности нагретого тела), С2=14,38·10-3 м/град.

Отсюда по показанию пирометра Тя и коэффициенту е можно найти температуру исследуемого тела. Расстояние до измеряемого тела фактически не влияет на итог измерения.

Схема яркостного пирометра

Пирометры частичного излучения получили наибольшее распространение. Устройство и принцип работы будут рассмотрены в главе 3.

Пирометры спектрального дела. Если определять интенсивность монохроматического излучения при какой или температуре для 2-ух диапазонов длин волн, к примеру для красноватого и для сине-зеленого участков диапазона, то отношение этих интенсивностей будет полностью определенным. В согласовании с законом Планка это соотношение не остается неизменным и будет изменяться с температурой. При нагревании тела до температуры Т поверхностью тела испускаются фотоны. Фотоны имеет определенное распределение энергии, зависящее от температуры поверхности.

Цветовые пирометры употребляют зависимость спектральной интенсивности излучения от температуры. Они основаны на способе определения температуры по величине дела интенсивностей излучения в 2-ух длинах волн л1 и л2. чувствительность способа тем выше, чем обширнее спектральный спектр, т.е. чем меньше л1 и больше л2. Еще одним преимуществом цветовых пирометров является независимость их показании от расстояния до излучающей поверхности, ее размеров и углов наклона.

Для измерения цветовой температуры берут значения спектральныхкоэффициентов для л1=0,665 мкм, л2=0,457 мкм. При измерении температуры сероватых тел пирометром спектрального дела, градуированным по полностью черному телу, не нужно вводить поправку на неполноту излучения.

Принципная схема цветового пирометра построена таковым образом: лучи от измеряемого источника света падают на селеновый фотоэлемент, перекрытый попеременно голубым и красноватым светофильтрами. В цепи фотоэлемента включен микроамперметр.

3. Устройство и принцип работы пирометра типа ОППИР-09

Принцип деяния оптических пирометров основан на сопоставлении в монохроматическом свете яркости излучения исследуемого накаленного тела с яркостью накала нити, интенсивность излучения которой зависимо от температуры известна.

Схема более всераспространенного оптического пирометра ОППИР-09 показана на рис. 1.6.

Рис. 1.6 Схема оптического пирометра ОППИР-09: 1 — объектив; 2 — ослабляющий светофильтр; 3 — температурная лампа; 4 — нить накаливания температурной лампы; 5 — монохроматический светофильтр; 6 — окуляр; 7 — милливольтметр; 8 — реостат; 9 — движок реостата; 10 — кольцевая ручка реостата: ручка устройства

Это переносный устройство, все части которого смонтированы в общем кожухе либо корпусе. Луч света, испускаемый накаленным телом, попадает в устройство через объектив 1, а потом через окуляр 6 в глаз наблюдающего, сравнивающего яркость светового потока тела с яркостью нити 4 температурной лампы 3. Сопоставление проводят в монохроматическом свете, получаемом при помощи светофильтра 5, размещенного за окуляром и пропускающего узенький спектральный участок света (область бардовых лучей).

Нить температурной лампы накаливается от щелочного аккума, присоединенного к устройству проводами, проходящими через ручку 11.

Накал нити регулируют реостатом 8, включенным в цепь лампы поочередно. движок 9 реостата передвигают с помощью круговой ручки 10. На ручке и на корпусе устройства имеются черточки белоснежного цвета, около которых стоит отметка «0». Когда черточки на ручке и на корпусе устройства совпадают — цепь лампы разомкнута и аккумулятор отключен. Сила тока, подаваемого лампе, миниатюризируется, при повороте ручки по направлению стрелки, которая имеется на ней.

Температуру отсчитывают по показанию пирометрического милливольтметра 7, градуированного в градусах по накалу нити.

При измерении температуры оптическим пирометром ОППИР-09 его придерживают за ручку и направляют объектив на накаленное тело, за ранее убрав светофильтр. Передвигая окуляр и объектив, достигают получения точных изображений нити температурной лампы и тела, температуру которого определяют. Опосля этого светофильтр опять помещают на его пространство и, поворачивая ручку реостата в сторону, обратную направлению стрелки, равномерно повышая накал нити до того времени, пока ее верхняя часть, отлично приметная на фоне раскаленного тела, не соединится с фоном и не пропадет из поля зрения.

Когда температура нити лампы (Э) ниже измеряемой температуры тела (Л), видна черная линия на светлом фоне (рис. 1.7 (а)). Если же температура нити лампы (Э) выше измеряемой (Л), видна светлая линия на черном фоне (рис. 1.7 (б)). При равенстве температур нить перестает быть видимой (рис. 1.7 (в)).

Рис. 1.7.

Оптический пирометр ОППИР-09 предназначен для измерения температуры от 800 до 2000?C, но нить температурной лампы не выдерживает накала больше 1400?C. При температуре выше обозначенной материал нити начинает испаряться, вследствие чего же черта лампы изменяется. Чтоб избежать этого, при измерении температуры выше 1400?С для ослабления светового потока накаленного тела меж объективом и температурной лампой помещают доп светофильтр 2. Таковым образом, устройство имеет два спектра измерений: 800-1400?C и 1200-2000?С.

Ввиду того, что оптические пирометры градуируют по излучению полностью темного тела, для измерения температуры настоящих тел с разными’ коэффициентами черноты в показания устройства следует вводить надлежащие поправки по особым таблицам.

4. Разработка лабораторной установки и щита

Нами были получены 2 пирометра, типов ОППИР-09 и ОППИР-17. Крайний из их был без объектива и оба без аккумов, потому перед нами стояла цель проверить работоспособность устройств и подобрать источник питания. Чтоб изучить устройство и схемы включения всех составляющих частей устройства, мы разобрали пирометр ОППИР-17.

Также нужно было узнать, на какое напряжения рассчитана эталонная лампа устройства. Исследовав документацию и справочную литературу по пирометрам типа ОППИР-09, узнали, что спектр напряжений для лампы составляет 2,0-2,4 В. Чтоб найти целостность и работоспособность лампы, мы измерили сопротивление лампы, изменяя положение движка реостата. Сопротивление лампы оказалось равным порядка 1,8-2,2 Ом.

Для того, чтоб пирометр был в устойчивом положении, мы поставили его в железную подставку, имеющей цилиндрическую форму, которая когда-то являлась составной частью некий установки. Лампу, температуру которой желали измерить, установили в пенопластовый корпус, за ранее вырезав для нее отверстие.

Взяв блок питания осветителя микроскопа на 8 В, мы подключили его к пирометру. Таковой же источник употребляли для осветительной лампы микроскопа, которую мы взяли в качестве испытываемого эталона. Установили лампу и устройство на расстоянии около 1 м.

Посмотрев в окуляр, мы узрели, что эталонная лампа устройства в рабочем состоянии, но стрелка измерительной шкалы не реагировала на изменение положения движка, т.е. не демонстрировала измеренной температуры объекта. Нам пришлось поменять блок питания осветителя на стабилизированный источник неизменного тока Б5-47, выставив на нем напряжение в 2.2 В, потому что в пирометре употребляется милливольтметр, относящийся к магнитоэлектрической системы, и выходное напряжение блока питания осветителя пирометра меняется перегрузкой. С новеньким источником стрелка измерительной шкалы пирометра стала отклоняться, но применяемая нами лампа давала несильное свечение и нить накала ее была очень малеханькой по размеру, что сделало проблематическим сличение яркостей спиралей.

Мы взяли лампу из диапроектора, работающую от сети. Но ее мощность оказалась еще большей, чем мощность эталонной лампы устройства. Потому яркость крайней при наименьшем сопротивлении реостата была меньше, яркости эталонной лампы. Для того, чтоб найти ее температуру нашим пирометром, необходимо было или уменьшить ее яркость при помощи светофильтров, или отыскать метод регулирования ее мощности.

Также нам была предложена для исследования осветительная система микроскопа МИК: лампа и блок питания. Мощность и яркость данной лампы регулируется при помощи переключателя на блоке питания. Лампу поставили на столик от микроскопа с микрометрическими винтами, чтоб перемещать ее с целью совмещения изображений нитей накала ламп. Удобство крайней лампы также в том, что ее нить накала имеет размер лучший для рассмотрения на ее фоне нити накала лампы пирометра, также то, что напряжение на ней можно регулировать.

Также для измерения силы тока исследуемой лампы, нам нужно было включить амперметр поочередно с ней. Нами был осуществлен разрыв цепи и способом паянного соединения мы присоединили амперметр.

Таковым образом, наш лабораторный щит состоит из пирометра, стоящего в железной подставке, питающегося от источника неизменного тока и лампы, стоящей на столике от микроскопа с блоком питания и амперметра, включенного поочередно к ней.

5. методика поверки зрительного пирометра
5.1 Аппаратура, применяемая при градуировке и поверке пирометров

Температурная лампа. Лампа накаливания (рис. 1.8), тело накала которой выполнено в виде ленты, созданная для проигрывания и передачи температурной шкалы по излучению, именуемой температурной. Лампа состоит из стеклянного, почаще всего, цилиндрического баллона 1 с круглым плоским смотровым окном 2, размещенным напротив вольфрамовой ленты 4. Лента имеет n-образную форму и приварена к молибденовым держателям 5, электрически соединенным с цоколем лампы. У обширно используемой лампы типа ТРВ11100-2350 (СИ10-300) общая длина ленты около 40 мм, ширина 2.8 мм, толщина 40 мкм. Рабочий участок ленты (пространство визирования) отмечен особым указателем (индексом) 3. Индекс выполнен в виде узкой r-образной проволоки и приварен к одному из держателей. Для температур до 1800К целесообразнее применять вакуумные лампы, а для наиболее больших температур — лампы, заполненные инертными газами. Пробирки наиболее массивных ламп заполняют инертным газом (азотом, аргоном либо криптоном). Завышенное давление в пробирке газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, по этому не только лишь возрастает срок службы лампы, да и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что дозволяет повысить КПД и приблизить диапазон излучения к белоснежному. Пробирка газонаполненной лампы не так стремительно темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.

Максимум температуры на рабочем участке ленты газонаполненных ламп выше середины из-за воздействия температурного поля газа. Потому пространство визирования и индекс у этих ламп размещены выше середины ленты. Для газонаполненных ламп из-за воздействия конвективных потоков газа наличие приметной зависимости яркостной (цветовой) температуры ленты от угла, под которым она визируется, просит строго и совершенно точно задавать направление визирования. Для этого на задней стороне баллона температурной лампы нанесена юстированная метка (почаще всего в виде креста). Ось визирования обязана проходить через конец индекса и центр креста и быть перпендикулярна к плоскости ленты.

Питание температурных ламп осуществляется от стабилизаторов типа МТКС-3, СНП-40, СИП-35 либо всех остальных, имеющих подобные свойства.

Излучательные свойства вольфрама в отличие от излучения полностью черным телом коррелируются особым светофильтром ПС-5, выполненным из стекла шириной 5 мм. Для удобства сопоставления яркостей со стеклом ПС-5 время от времени монтируют линзу, увеличивающую визируемый участок в процессе излучения. Излучение лампы со стеклом ПС-5 и излучение темного тела при той же температуре имеют схожие функции распределения энергии по диапазону в интервале видимого диапазона, применяемого в монохроматических пирометрах.

При работе с температурной лампой для уменьшения погрешности проигрывания яркостных (цветовых) температур нужно созодать выдержку времени, обозначенную в эталоне на поверку, опосля установления новейшего значения тока в лампе.

Температурные лампы — главный тип примерного устройства для оптической пирометрии. Любая температурная лампа градуируется персонально в согласовании с требованиями ГОСТ 8.155-75 и на каждую выдается свидетельство. В свидетельстве указывают зависимость силы тока, протекающего через ленту, от яркостной (цветовой) температуры.

5.2 Поверка зрительных пирометров с исчезающей нитью

Пирометры монохроматические с исчезающей нитью накала примерные 1 и 2-го разрядов и рабочие прецизионные поверяют по ГОСТ 8.212-77, пирометры зрительные с исчезающей нитью общепромышленные — по ГОСТ 8.130-74 и ГОСТ 8335-81.

При проведении поверки общепромышленных зрительных пирометров с исчезающей нитью делают последующие операции: наружный осмотр; проверку уравновешенной подвижной системы встроенного измерительного устройства; корректности перемещения реохорда реостата; перемещения объектива и окуляра вдоль оптической оси пирометра; определение главный погрешности и среднего квадратичного значения случайной составляющей главный погрешности.

Основную погрешность и среднее квадратичное отклонение случайной составляющей главный погрешности определяют способом прямого измерения температуры примерной температурной лампы на установке УПО-6МІ либо схожей ей.

установка УПО-6МІ смонтирована в виде стола, в средней части которого находится оптическая скамья с температурной лампой. Лампа укреплена в каретке, имеющей регулировочные винты поворота, наклона и поперечного перемещения.

Объектив и держатель поверяемого пирометра крепится на общей стойке, на которой их можно наклонять, перемещать в продольном и поперечном направлениях и поворачивать. На столе расположены потенциометр Р363-3, обычный элемент и измерительная катушка сопротивления. Полупроводниковый стабилизатор напряжения СНП -40, расположенный на специальной телеге, служит для питания примерной температурной лампы и регулировке ее тока. Пределы конкретной поверки пирометров по примерному излучателю 1100-2300 К. ток температурной лампы меняется в границах 6-35 А. Электронная схема установка представлена на рис. 1.9.

Измерительный устройство 1, температурная лампа 2, катушка 3, источник питания 6 и реостат 5 включены поочередно. Падение напряжения на катушке сопротивления измеряется примерным потенциометром 4. Примерная температурная лампа врубается поочередно с измерительной катушкой сопротивления R=0,001 Ом. Примерный потенциометр определяет падение напряжения на катушке с R=0,001 Ом, по этому его показания соответствуют току температурной лампы.

При определении главный погрешности в цепи примерной температурной лампы медлительно наращивают силу тока до значения, соответственного первой температуре, при которой проводится поверка. Изменяют значения силы тока опосля 30 минут выдержки и заносят в протокол. Реостатом пирометра 5 раз уравнивают яркость нити пирометрической лампы с яркостью ленты температурной лампы, и при всем этом всякий раз отсчитывают показания по шкале измерительного устройства пирометра. Нить пирометрической лампы меж отсчетами непременно попеременно делают ярче и темнее ленты температурной лампы. Поверку шкалы пирометра создают по всем числовым отметкам шкалы. Для каждой поверяемой температуры вычисляют среднее арифметическое отсчетов tср.

Основную погрешность определяют по формуле

Дt=tср-t,

где tср-среднее арифметическое

,

где Ri — разности меж наибольшим и наименьшим показателями пирометра для 5 измерений, проведенных при неизменных температурах 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400°С (i=1-5). Для пирометров, имеющих шкалу с верхним пределом измерения выше 2000°С по данным шкалы для нижнего предела измерения, составляют график зависимости поправок от температуры.

При определении главный погрешности пирометров с спектром измеряемых температур от 2000 до 6000°С рассчитывают

,

где tисп — показания пирометра по главный шкале с учетом поправки, отысканной по графику, при введенном соответственном светофильтре; t-температура примерной температурной лампы. Измерения А проводят при всех температурах, соответственных лимиту шкалы, и ассоциируют с допускаемым значением, обозначенным в ГОСТ 8.130-74. В согласовании с отысканным значением А для каждой поверяемой точки высокотемпературной шкалы пирометра, кратной 100°С, определяют
6. Трудности, возникшие при разработке лабораторной работы

В процессе проделанной работы можно выделить некие, возникшие методические задачи.

Во-1-х, приобретенные пирометры не имели источников питания. Нами был избран стабилизированный источник неизменного тока Б5-47.

Во-2-х, появились трудности в подборе объектов исследования. одна из ламп накаливания не подошла из-за большенный мощности, вследствие чего же трудно было ассоциировать яркость ее нити накала с яркостью нити накала пирометрической лампы. 2-ая имела небольшую по размеру нить накала, потому появилась сложность наложения одной нити на другую и сопоставления их яркостей. В итоге для исследования мы избрали осветительную систему оптического микроскопа МИК.

В-3-х, нам нужно было включить поочередно с исследуемой лампой амперметр, для чего же мы сделали разрыв провода, соединяющего лампу и трансформатор, и присоединили при помощи пайки амперметр.

В-4-х, для того, чтоб выяснить правильную ли температуру указывает пирометр, нужно было провести поверку и градуировку. Но в наших критериях это было не осуществимо. Основная причина — отсутствие примерных средств поверки и нужной аппаратуры.

Заключение
В процессе разработки курсовой работы мы ознакомились с принципом деяния оптического пирометра с исчезающей нитью ОППИР-09 и с практическим измерением яркостной температуры нагретого тела и выявили ее связь с настоящей температурой объекта.
Также разработали практические опыты измерения яркостной температуры лампы накаливания при помощи данного пирометра. В связи с сиим было создано методическое указание к выполнению лабораторной работы по данной нам теме, которое представлено в приложении. В процессе разработки лабораторного щита появились некие методические задачи, которые нами были в основном устранены.
Нам не удалось провести поверку данного пирометра, в связи с отсутствием нужного оборудования и примерных средств поверки, а именно температурных примерных ламп.
Бесспорная неповторимость пирометров заключается в его бесконтактном измерении температуры объекта на неком расстоянии, к примеру в следствии движении крайнего. Они разрешают определять температуру тел в недоступных местах, на объектах, небезопасных для людского здоровья.

Главными недочетами пирометрических измерений температуры являются трудности полного учета связей меж термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром термический радиацией. нужно учесть изменение излучательной возможности поверхности е от длины волны л в регистрируемом спектральном спектре и от температуры в спектре измерений, наличие поглощения излучения в среде меж пирометром и объектом контроля, геометрические характеристики поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса устройства.

Перечень использованной литературы

1. Олейник Б.М. Приборы и способы температурных измерений: учебное пособие / Олейник Б.М., Лаздина С.И., Лаздин В.П. — М.: Издательство Эталонов, 1987. 296 с.
2. ГОСТ 8.130—74 ГСИ. Пирометры зрительные с исчезающей нитью общепромышленные. способы и средства поверки.
3. Сулаберидзе В.Ш. Физические базы измерений ч. 1, 2: учебное пособие / Сулаберидзе В.Ш., Юлиш В.И. — СПб.: БГТУ, 2011. 216 с., 193 с.

4. Геращенко О.А. Температурные измерения/ Геращенко О.А., Гордов А.Н., Лах В.И. и др. — Киев: Наукова думка, 1984.

5. Ландсберг, Г.С. Оптика / Г.С. Ландсберг. — М.: Наука, 1976. 926 с.

6. Бирюлин Ю.С. Лабораторные работы по физике. Оптика: учебно-методическое пособие/ Бирюлин Ю.С., Поляков Ю.А. — М.: Академия ГПС МЧС Рф, 2008. 95 с.

7. веб — ресурсы:

1) http://www.support17.com — измерение температуры при помощи пирометров излучения;

2) HTTP://www.omsketalon.ru — достоинства и недочеты бесконтактного измерения температур;

3) HTTP://www.studfiles.ru — лекции по ФОПИ «Оптические преобразователи температуры»;

]]>