Определение температуры оптическим яркостным пирометром: Методические указания к лабораторной работе № 7 по курсу “Теплотехнические измерения и автоматизация”

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТУТ

Кафедра тепловых электрических станций

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

к лабораторной работе №7

по курсу “Теплотехнические измерения и автоматизация”

для студентов специальности 100500

“Тепловые электрические станции”

Чита 2005

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОПТИЧЕСКИМ ЯРКОСТНЫМ ПИРОМЕТРОМ

Пирометры излучения используются для измерения температуры раскалённых тел и газов по их излучению. Для газов, сильно нагретых (свыше 2000ºС), это единственно надёжный способ измерения. Особенность его состоит в том, что он не требует непосредственного контакта измерительного прибора с измеряемой средой.

7.1. Цель работы

В процессе выполнения лабораторной работы студент должен:

-  ознакомиться с методикой бесконтактного измерения температуры тел;

-  изучить устройство и принцип действия оптического пирометра ОППИР-017;

-  получить практические навыки и работы с прибором;

-  освоить методику оценки погрешностей измерения.

7.2. Физические основы метода измерения

Тепловое излучение – это процесс распространения энергии электромагнитными волнами. Лучистую энергию тело выделяет в виде различной длины. При температурах до 500ºС тепловые лучи инфракрасные, не воспринимаемые человеческим глазом, длина их волн › 0,76 мкм. По мере повышения температуры тела тепловые лучи становятся видимыми  и цвет излучения от тёмно-красного переходит к красному, оранжевому, затем к жёлтому и доходит до белого, содержащего волны всех длин, воспринимаемых глазом. Видимый спектр волн от =0,4 мкм до =0,76 мкм. Тепловое излучение иногда называют температурным, поскольку основная величина, его характеризующая, - температура.

Все законы излучения установлены для абсолютно чёрного тела. Но в природе нет абсолютно чёрных тел, а есть тела лишь близкие по своим свойствам к абсолютно чёрным. Реальные физические тела (серые) при тех же температурах излучают менее интенсивно.

Для измерения температур используется два свойства теплового излучения:

1.  Возрастание интенсивности монохроматического (одноцветного) излучения на определённом узком участке спектра при увеличении температуры.

2.  Возрастание полного (интегрального) излучения энергии нагретого тела при увеличении его температуры.

В зависимости от исследования свойств и законов излучения различают оптические и радиационные пирометры. Радиационные пирометры измеряют полную мощность излучения раскаленного тела (радиацию). Оптические пирометры ограничены видимой часть спектра излучения. К ним относятся яркостные, фотоэлектрические и цветовые пирометры.

7.3. Принцип действия оптических яркостных пирометров

Характеристикой интенсивности излучения в приборах этого типа является яркость. В яркостных пирометрах интенсивность излучения оценивается глазом наблюдателя. Благоприятным обстоятельством является то, что интенсивность монохроматического излучения резко возрастает с повышением температуры. Для волн длиной =0,65 мкм она увеличивается пропорционально возрастанию абсолютной температуры тела, возведённой в 15-20-ю степень. Поэтому даже грубая оценка яркости позволяет с достаточной точностью измерять температуру.

Принцип действия яркостных пирометров основан на сравнении яркости нагретого тела на определённом спектральном участке длин волн с яркостью абсолютно чёрного тела. Если два тела в одном направлении имеют одинаковую яркость и температура одного тела известна, то согласно закону монохроматического излучения можно найти температуру другого тела. Наиболее распространённым пробором этой группы является яркостный пирометр с исчезающей нитью. Принципиальная схема прибора дана на рис. 7.1.

Прибор представляет собой телескопическую трубку с объективной линзой 2 и окулярной линзой 5. При измерении температуры объектив нужно направить на раскалённое тело (излучатель) 1 так, чтобы в окуляре была видна пирометрическая лампа 4. Она имеет полукруглую вольфрамовую нить, помещённую в баллон из качественного стекла. Перемещением окуляра и объектива вдоль оси телескопа нужно добиться чёткого изображения нити и раскалённого излучателя в одной плоскости. Накаливание вольфрамовой нити производится от источника постоянного тока 10, а регулировка накала нити – реостатом 9. Для отсчёта температуры служит милливольтметр 8, который отградуирован в градусах Цельсия по накалу нити. Конструктивно он объединён с корпусом пирометра.

Между окуляром 5 и диафрагмой 7 установлен красный светофильтр 6 для получения монохроматического света, испускаемого нагретым телом-излучателем и нитью. Он задерживает все волны с длиной меньше 0,62 мкм. И, с другой стороны, чувствительность глаза человека достигает нуля при =0,7 мкм. В результате глаз воспринимает яркость тела в узком участке спектра с максимальной видимостью при =0,65 мкм.

Для измерения температуры телескоп пирометра наводится на излучающую поверхность при полностью введённом реостате. Нить лампы при этом имеет небольшой канал и наблюдается в виде чёрной линии на светлом фоне, как это показано на рисунке 7.2.а.