Лаб раб №1_Тепл. изл

орошающие в виде пленки другую экранирующую поверхность (например,

металлическую) либо заключенные в специальный кожух из стекла (аква-

рильные экраны) или металла (змеевики и др.).

Эффективность экранирования Э оценивается в процентах:

W

Э = 1 – W0 100 %,

где W и W0 – интенсивности излучения (плотности потока мощности)

соответственно при наличии и отсутствии экрана, Вт/м2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Лабораторная установка

Внешний вид лабораторной установки представлен на рис. 1. Уста-

новка монтируется на лабораторном столе 1. В качестве источника тепло-

вого (инфракрасного) излучения используется бытовой электрокамин 2

(ЭКПС-1,0/220), имеющий два нагревательных элемента 3 и 4 (мощностью

0,5 кВт каждый), выполненные в виде спирали и помещенные в кварцевые стеклянные трубки. В верхней части корпуса электрокамина расположены два выключателя 5 и 6. При нажатии на клавишу левого выключателя 5

включается только верхний нагревательный элемент 3. Правый выключа-

тель 6 служит для дополнительного подключения нижнего нагревательно-

го элемента 4 (при включенном верхнем) и получения максимальной мощ-

ности величиной 1 кВт (при выполнении лабораторной работы включать электрокамин на максимальную мощность не следует). Изменить наклон корпуса электрокамина можно, ослабив рукоятки 7.

На лабораторном столе 1 закреплены направляющие 8 для сменных защитных экранов 9 с одинаковыми габаритами рамки (330×330 мм):

–экран металлический темный;

–экран металлический светлый;

11

–экран брезентовый;

–экран с цепями.

Рис. 1. Общий вид лабораторной установки:

1 – стол; 2 – электрокамин; 3, 4 – нагревательные элементы электрокамина; 5, 6

– клавиши включения-выключения нагревательных элементов; 7 – рукоятки фиксации наклона электрокамина; 8 – направляющие; 9 – экраны; 10 – измерительный прибор; 11 – зонд; 12 – датчик зонда; 13 – рукоятка зонда; 14 – стойка; 15 – основание стойки; 16 – струбцина крепления зонда; 17, 18 – фиксирующие винты; 19 – линейка; 20 – воздуходувка; 21 – пульт управления воздуходувки; 22 – рукоятка регулирования расхода воздуха; 23 – шланг воздуходувки; 24 – держатель шланга; 25 – струбцина держателя шланга; 26÷28 – фиксирующие винты

Интенсивность (плотность потока мощности) излучения (а также

12

температура воздуха или экрана) регистрируется измерителем плотности тепловых потоков 10, к которому подключается один из зондов 11 (плот-

ности потока или температуры; на рис 1 показан зонд плотности потока),

имеющих датчик 12 и рукоятку 13. Зонд 11 крепится к стойке 14, установ-

ленной на плоском основании 15, с помощью струбцины 16. Фиксация зонда 11 за рукоятку 13 в струбцине 16 производится винтом 17, а крепле-

ние струбцины с зондом к стойке на заданной высоте – винтом 18. Пере-

мещением стойки с зондом вдоль закрепленной на столе стандартной ме-

таллической миллиметровой линейки 19 можно изменять расстояние X от датчика 12 до источника излучения – электрокамина. Отсчет этого рас-

стояния удобнее выполнять не по вертикальной проекции датчика на ли-

нейку, а по ближней к электрокамину границе основания 15 стойки 14. Ес-

ли зафиксировать зонд 11 в струбцине 16 так, чтобы передний (обращен-

ный к датчику) край рукоятки 13 выступал из отверстия струбцины на 25

мм, то разность расстояний от основания 15 и датчика 12 до электроками-

на составит для зонда теплового потока 250 мм (для температурного зонда фиксировать расстояние X при выполнении работы не требуется).

Для создания воздушного душа или воздушной завесы используется воздуходувка 20, подключаемая к электрической сети лаборатории через пульт управления 21 с рукояткой 22 для регулирования расхода воздуха.

Поворот рукоятки 22 по часовой стрелке до упора соответствует макси-

мальному расходу воздуха, поворотом до упора против часовой стрелки воздуходувка может быть выключена ( на пульте управления 21 это поло-

жение обозначено как «0»). Для направления потока воздуха в нужную часть экрана свободный конец нагнетательного шланга 23 воздуходувки фиксируется в держателе 24, установленном с возможностью осевого пе-

ремещения и поворота в струбцине 25. Фиксация шланга 23 в держателе

24 осуществляется винтами 26, держателя 24 относительно струбцины 25 –

винтом 27, а струбцины 25 на направляющей 8 – винтом 28.

13

Используемый в работе измеритель плотности теплового потока ИПП-2М позволяет измерять как собственно плотность потока (интенсив-

ность теплового излучения, Вт/м2), так и температуру (в °С). Внешний вид измерителя представлен на рис. 2. Прибор состоит из блока измерителя 1

(далее просто прибор) и двух зондов: зонда теплового потока 2 (длина

400 мм, диаметр датчика 27 мм) и температурного зонда 3 (длина 210 мм,

Рис. 2. Измеритель плотности тепловых потоков:

1 – блок измерителя; 2 – зонд теплового потока; 3 – температурный зонд; 4, 5 – кабели; 6, 7 – разъемы; 8 – гнездо подключения зонда теплового потока; 9 – гнездо подключения температурного зонда; 10 – индикатор; 11 – клавиша выбора измеряемой величины; 12 – сетевой выключатель; 13 – гнездо подключения зарядного устройства

14

диаметр датчика 10 мм). Температурный зонд предназначен для измерения главным образом поверхностной температуры. Подключение зондов к прибору осуществляется при помощи кабелей 4 и 5 (с соответствующими разъемами 6 и 7) к гнездам 8 и 9 на верхней боковой поверхности корпуса прибора: слева – гнездо 8 для подключения зонда теплового потока, справа

– гнездо 9 для температурного зонда. На лицевой панели прибора распо-

ложен светодиодный индикатор 10 для отображения измеряемых величин.

Диапазоны индикации: для плотности потока – 0÷1999 Вт/м2 (разрешаю-

щая способность 1 Вт/м2), для температуры – от –50 до +200 °С (разреше-

ние 1 °С). На левой боковой поверхности корпуса прибора расположен клавишный переключатель 11 выбора измеряемой величины «ТЕМПЕРА-

ТУРА – ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА», на правой боковой поверхности корпуса

– клавиша 12 сетевого выключателя «ВКЛ – ОТКЛ», а на нижней боковой поверхности – гнездо 13 для подключения зарядного устройства (питание прибора осуществляется от встроенного аккумулятора; на необходимость подзарядки указывает появление точек на индикаторе 10).

Для подключения к прибору одного из зондов при выполнении дан-

ной лабораторной работы необходимо сначала протянуть через соответст-

вующее отверстие струбцины 16 (рис. 1) разъем зонда с кабелем и ввести в

это отверстие рукоятку 13 (рис. 1) зонда. После закрепления зонда в струбцине винтом 17 (рис. 1) разъем зонда можно подключать к соответст-

вующему гнезду 8 или 9 (рис. 2) на корпусе прибора. Отключение зонда от прибора производится в обратном порядке.

3.2. Методика проведения работы и обработка результатов

Перед началом работы необходимо ознакомиться с устройством и принципом действия лабораторной установки (см. раздел 3.1).

Целесообразно с помощью рукояток фиксации наклона электрока-

мина привести его в вертикальное положение (или постараться уменьшить

15

наклон корпуса электрокамина до минимума). При необходимости – уста-

новить электрокамин симметрично относительно направляющих 8 (рис. 1)

и перпендикулярно измерительной линейке: так, чтобы вертикальная про-

екция верхнего нагревательного элемента соответствовала нулю линейки.

Подключить электрокамин к сети лаборатории.

Установить и закрепить зонд теплового потока в струбцине стойки

(как это указано в п. 3.1). Закрепить струбцину с зондом на стойке на вы-

соте верхнего нагревательного элемента электрокамина. Установить стой-

ку с зондом на столе так, чтобы левая сторона основания стойки касалась измерительной линейки, а датчик зонда был направлен на электрокамин

(как это показано на рис. 1). В дальнейшем перемещать стойку с зондом только вдоль линейки. Подключить зонд к прибору, а переключатель вы-

бора измеряемой величины на приборе установить в положение «ПЛОТ-

НОСТЬ ПОТОКА». Включить прибор и убедиться в отсутствии излучения.

Из предложенных ниже заданий обязательно должны быть выпол-

нены 1-е и 2-е. Задания 3 и 4 выполняются по указанию преподавателя.

Задание 1. Исследовать зависимость интенсивности теплового из-

лучения от расстояния до излучающего объекта – электрокамина.

1.Включить верхний нагревательный элемент электрокамина левой клавишей и дать ему прогреться в течение 3-х минут.

2.Вручную медленно перемещать стойку с зондом вдоль линейки по направлению к электрокамину, следя за ростом показаний на индикаторе прибора, пока на индикаторе не высветится только одна цифра – единица в крайнем левом разряде (сигнал о «зашкаливании»). После этого несколько отодвинуть стойку с зондом от электрокамина – так, чтобы на индикаторе прибора снова появились четыре значащих цифры , т. е. показание было несколько менее 2000 Вт/м2. После минутной паузы зафиксировать пока-

зание прибора (здесь и далее интенсивность излучения определять как

16

среднее значение не менее пяти замеров). Занести измеренную величину

W, а также значение расстояния X от датчика до электрокамина в табл. 1 (помня о том, что датчик расположен на 250 мм ближе к электрокамину,

чем основание стойки, по которому производится отсчет).

Таблица 1

Зависимость интенсивности теплового излучения W от расстояния X до источника излучения

X, мм

W, Вт/м2

3. Перемещать стойку с зондом вдоль линейки в направлении от электрокамина, производя через каждые 100 мм измерения интенсивности излучения W, как это указано в п. 2. Перед каждым измерением в новом положении для установления теплового режима датчика необходимо вы-

держать паузу длительностью не менее 1 минуты. Результаты измерений

(вместе со значениями расстояний X) занести в табл. 1.

4. Построить график зависимости W(X) – среднего значения интен-

сивности теплового излучения от расстояния до источника излучения.

Задание 2. Определить эффективность защиты от теплового излу-

чения с помощью экранов из различных материалов.

1. Перемещая стойку с зондом вдоль линейки, установить датчик на минимальном из имеющихся в табл. 1 расстояний X от электрокамина,

превышающем 125 мм (125 мм – расстояние от электрокамина до устанав-

ливаемых в направляющих защитных экранов).

2. После минутной выдержки зафиксировать величину интенсивно-

сти излучения; занести результат (W0) и значение Х в табл. 2 (при зашкали-

вании прибора – увеличить расстояние X).

3. Последовательно устанавливая в направляющие указанные в табл.

17

2 защитные экраны, произвести измерения интенсивности излучения W

при наличии защиты. Каждое измерение производить после 4-минутной выдержки вслед за установкой очередного экрана – для установления теп-

лового режима. Результаты занести в табл. 2.

				Таблица 2
Эффективность защиты Э от теплового излучения экранированием
Экран	W, Вт/м2	Э = 1 –	W	100 %
			W0
Металлический темный
Металлический светлый
Брезентовый
С цепями
X = ____	мм; W0 = ______	Вт/м2

4. Рассчитать и занести в табл. 2 эффективность Э защитного дейст-

вия экранов. Сделать выводы.

5. В случае, если задания 3 и 4 выполняться не будут, выключить верхний нагревательный элемент электрокамина и прибор. Отключить электрокамин от сети. Отсоединить зонд теплового потока от прибора и извлечь его из струбцины стойки. После остывания снять защитный экран.

Задание 3. Оценить эффективность комбинированной защиты от теплового излучения – охлаждаемыми потоком воздуха экранами.

1. Установить и закрепить на одной из направляющих для защитных экранов струбцину с держателем шланга воздуходувки (как это показано на рис. 1). Отпустив винт 27 крепления держателя шланга в струбцине

(рис. 1), путем осевого перемещения и поворота держателя направить сво-

бодный конец шланга на внешнюю поверхность защитного экрана на вы-

соте верхнего нагревательного элемента электрокамина. Зафиксировать держатель тем же винтом 27.

18

2. Подключить пульт управления воздуходувки к сети лаборатории

(сама воздуходувка должна быть подключена к пульту управления). Уста-

новить регулятор на пульте управления в положение максимального рас-

хода воздуха (убедиться в том, что воздух начал поступать).

3. Измерить интенсивность излучения (на таком же расстоянии X от электрокамина, что и в задании 2) и рассчитать эффективность комбини-

рованной защиты Э для каждого защитного экрана аналогично п. п. 3 и 4

задания 2 (величину W0 взять из табл. 2). Результаты занести в табл. 3.

Таблица 3

Эффективность защиты Э от теплового излучения экранами с принудительным воздушным охлаждением

Экран	W, Вт/м2	Э = 1 –	W	100 %
			W0
Металлический темный
Металлический светлый
Брезентовый
С цепями
Без экрана
X = ____ мм; W0 = ______ Вт/м2

4. Сравнить эффективность комбинированной защиты (табл. 3) и эк-

ранирования без воздушного душирования (табл. 2). Сделать выводы.

5. Измерить интенсивность излучения с наличием воздушной завесы

(при том же направлении потока воздуха), но без защитного экрана. Со-

поставить последнее значение W с величиной W0 (без воздушной завесы и экрана), при необходимости рассчитать величину Э. Результаты занести в табл. 3 и сделать вывод.

6. Выключить воздуходувку поворотом регулятора пульта управле-

ния против часовой стрелки до упора.

19

7.Выключить прибор, отсоединить от него зонд теплового потока и извлечь зонд из струбцины стойки.

8.В случае, если задание 4 выполняться не будет, выключить нагре-

вательный элемент электрокамина. Отключить электрокамин и воздухо-

дувку от сети лаборатории. Снять держатель со шлангом с направляющей.

Задание 4. Определить температуру защитных экранов при нали-

чии и отсутствии принудительного воздушного охлаждения.

1. Установить и закрепить температурный зонд в струбцине стойки

(как это указано в п. 3.1), не меняя высоты установки струбцины на стойке

(крепление температурного зонда производится за рукоятку; вылет темпе-

ратурного датчика относительно основания стойки значения не имеет).

2. Подключить зонд к прибору (правое гнездо на верхней боковой панели). Переключатель выбора измеряемой величины на приборе устано-

вить в положение «ТЕМПЕРАТУРА». Включить прибор.

3. Установить в направляющие металлический темный защитный эк-

ран. Перемещая струбцину с зондом вдоль линейки ввести датчик зонда в плотное соприкосновение с экраном. Измерить температуру экрана (после

4-минутной выдержки) и занести результат в табл. 4.

		Таблица 4
Результаты измерения температуры защитных экранов
Экран	Температура экрана (воздуха), °С
	Без охлаждения	С охлаждением
Металлический темный
Металлический светлый
Брезентовый
С цепями
Без экрана

4. Включить воздуходувку на максимальный расход воздуха и (вновь

20