новая папка 1 / 302118

Рис. 2. Пример диаграммы направленности радиационного пирометра

При проведении измерений на небольших расстояниях следует учитывать также то, что для многих пирометров диаграмму направленности можно счи-

тать конической только на достаточно больших расстояниях, вблизи она имеет гораздо более сложную форму. Очень часто поле зрения пирометра сначала сужается до своего минимального диаметра и только потом начинает расширяться в виде конуса. Расстояние, на котором достигается минимальный диаметр, называется фокусным расстоянием F, и для пирометров с подобной диа-

граммой направленности этот параметр должен указываться в технической документации. Существует класс специальных короткофокусных пирометров с фокусом в районе 30…60 см и диаметром пятна 5…8 мм.

Принцип работы пирометра предполагает достаточно быстрое измерение температуры, поэтому к этим приборам предъявляются определенные требования по быстродействию. Временем установления показаний считается проме-

жуток, который отсчитывается с момента скачкообразного изменения полной энергетической яркости на входе датчика пирометра до того момента, когда выходной сигнал достигает установившегося значения с отклонением до 2%. Быстродействие современных пирометров не превышает 1 с.

8

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка для проведения измерений радиационной температуры (рис. 3) состоит из следующих элементов:

объекта измерений – муфельной электрической печи 1, в рабочем пространстве которой установлена перегородка с малым отверсти- ем-диафрагмой 2, что позволяет считать рабочее пространство печи моделью абсолютно черного тела;

средства измерения – переносного радиационного пирометра 3;

рулетки для измерения расстояния от печи до места расположения радиационного пирометра;

контрольного термоэлектрического термометра (термопары) 4 в комплекте с вторичным показывающим прибором 5. Показания вторичного прибора термопары принимают в условиях лабораторного эксперимента как действительную температуру объекта измерений.

Рис. 3. Схема лабораторной установки:

1 – лабораторная печь; 2 – перегородка с диафрагмой; 3 – радиационный пирометр; 4 – термоэлектрический преобразователь (термопара); 5 – индикатор действительной температуры

9

Требования техники безопасности при выполнении работы

Студенты допускаются к выполнению лабораторных работ только после прохождения инструктажа по технике безопасности и дополнительного инструктажа по выполняемой работе только в присутствии лаборанта или препо-

давателя. Самостоятельное выполнение работы не допускается.

В число вредных и опасных факторов при выполнении данной работы входят:

Опасность поражения электрическим током в случае неисправности печи или приборов осветительной сети;

Опасность ожогов при контакте с раскаленными поверхностями в рабочем пространстве и на внешнем кожухе муфельной печи;

Опасность ожогов сетчатки при попадании в глаза луча лазерного целе-

указателя.

При выполнении работы запрещается:

самостоятельно включать в сеть или отключать от сети муфельную печь, изменять настройки регулятора печи и пирометра;

открывать заслонку печи и выполнять измерения в отсутствие лаборанта или преподавателя;

прикасаться к кожуху и внутренним поверхностям рабочего пространства печи;

во избежание возгорания помещать в печь посторонние предметы, класть на кожух печи или рядом с печью одежду, личные вещи, легковоспламе-

няющиеся предметы;

смотреть в объектив пирометра и прикасаться к объективу руками;

при выполнении измерений направлять лазерный целеуказатель пиромет-

ра в сторону людей и на зеркальные поверхности.

10

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с принципом измерения радиационной температуры и установкой для данной работы.

2.Ознакомиться с требованиями правил техники безопасности в лаборато-

риях кафедры теплофизики и при выполнении работы.

3.Произвести измерения радиационной температуры объекта измерения с помощью переносного инфракрасного радиационного пирометра с различных расстояний: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 м, правильно визируя оптическую систему с помощью системы лазерного целеуказания на излучаю-

щее тело (рис. 4).

Рис. 4. Визирование радиационного пирометра на объект измерения

4.Одновременно с записью радиационной температуры фиксировать пока-

зания термоэлектрического термометра (действительной температуры объекта измерения).

5.Составить журнал наблюдений по прилагаемой форме (прил. 1).

6.Проанализировать полученные результаты с точки зрения совпадения радиационной и действительной температур объекта измерения, а также с точки зрения влияния расстояния от излучателя на ошибки измерений и удобство визирования пирометра.

11

Содержание отчета

Отчет о проделанной работе должен включать в себя:

1.Название и цели лабораторной работы;

2.Краткое изложение основ радиационной пирометрии;

3.Схемы радиационного пирометра и лабораторной установки;

4.Журнал наблюдений установленной формы (прил. 1);

5.Расчет абсолютной и приведенной погрешностей измерений;

6.Расчет предельно допустимого расстояния измерения радиационной температуры печи с помощью исследуемого пирометра по формуле (5);

7.Расчет требуемого поправочного коэффициента (степени черноты объекта измерения) по радиационной температуре, измеренной с минимального расстояния (0,5 м);

8.Вывод по проделанной работе с анализом полученных результатов.

Контрольные вопросы

1.Что называется радиационной температурой?

2.Какая величина непосредственно воспринимается пирометрами излучения?

3.Какой физический закон положен в основу принципа действия радиационных пирометров?

4.Почему радиационные пирометры называют пирометрами полного излучения?

5.Какая зависимость связывает действительную и радиационную темпера-

туры?

6.Для каких тел радиационная и действительная температуры совпадают и почему? Приведите пример такого тела.

7.Что такое показатель визирования?

8.Влияет ли расстояние от излучателя на ошибки измерения?

12

9.Как влияют размеры измеряемого тела на ошибки измерений?

10.Каковы пределы измерения и основная допустимая погрешность радиационных пирометров?

11.К какому виду погрешностей измерения относится различие радиационной и действительной температур вызванное отличием реальных тел от абсолютно черных? Возможно ли её устранение?

12.Перечислите возможные источники возникновения погрешности при использовании бесконтактных методов измерения температуры.

13.Как определить абсолютную и приведенную погрешности показаний пирометра?

14.Укажите возможные области применения радиационных пирометров.

Библиографический список

1.Fraden, J. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs and Applications [Текст] = Справочник по современным датчикам: принципы, конструкция и применение / Jacob Fraden. – New York : Springer, 2010. – 663 p.

2.Преображенский, В.П. Теплотехнические измерения и приборы [Текст] / В.П. Преображенский. – Москва : Энергия, 1978. – 312 с.

13

Приложение 1

Журнал наблюдений

Радиационный пирометр фирмы ___________ модель ________

Пределы измерений от ________°С до ________°С

Диапазон длин волн излучения воспринимаемых прибором от ________ мкм до ________ мкм

Номинальный показатель визирования ____:____

Диаметр объекта измерения D =_______ мм

					Таблица
		Результаты опытов
№ опыта	Действительная	Расстояние	Радиационная	Абсолютная	Приведенная
	температура	до излучате-	температура	погрешность	погрешность
	печи ТД,°С	ля L, м	печи TP, °С	∆T, K	δT, %
1		0,5
2		1,0
3		1,5
4		2,0
5		3,0

Предельно допустимое расстояние для измерения радиационной температуры объекта с помощью исследуемого пирометра Lmax= ________ м.

Расчетная степень черноты объекта r = _______.

14

			Приложение 2
Коэффициент излучения r некоторых материалов
Материал поверхно-	Коэффициент	Материал поверхно-	Коэффициент
сти	излучения r	сти	излучения r
Алюминиевый лист	0,09	Хром, полированный	0,08-0,4
Алюминиевая фольга	0,04	Бетон	0,85
Алюминий, окислен-	0,20-0,31	Бетонные плитки	0,63
ный
Алюминий, полиро-	0,04-0,06	Медь, необработан-	0,22
ванный		ная
Асфальт	0,93	Медь, окисленная	0,78
Базальт	0,72	Медь, полированная	0,02-0,05
Полость модели чер-	1,00	Золото, полирован-	0,018-0,035
ного тела		ное
Черная оптическая	0,95	Лед	0,97
диафрагма
Черная краска, сили-	0,93	Вода	0,95-0,97
коновая
Черная краска, эпок-	0,89	Бумага	0,55
сидная
Черная краска, эмаль	0,80	Пластмассы	0,91
Стекло	0,92	Сталь, нержавеющая	0,85
Латунь, полирован-	0,03	Сталь, полированная	0,08
ная
Латунь, окисленная	0,60	Железо, полирован-	0,14-0,38
		ное
Красный кирпич	0,90	Железо, темно-серое	0,31
Чугун, после плавки	0,44	Железо, грубый сли-	0,87-0,95
		ток
Чугун, после термо-	0,60-0,70	Железо, покрытое	0,61
обработки		красной ржавчиной

15

16

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

РАДИАЦИОННЫМИ ПИРОМЕТРАМИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе

по дисциплине «Теплотехнические измерения»

Составитель Скаков Сергей Викторович

Редактор М.Ю. Болгова Подписано в печать 10.11.2014. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Ризография. Объем 1,0 п.л. Тираж 50 экз. Заказ № Издательство Липецкого государственного технического университета.

Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ.

398600, Липецк, ул. Московская, 30.