Загрузил sasha.aachu

Otchyot po laboratornoy rabote 4

реклама
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России
Б.Н. Ельцина»
Физико-технологический институт
Кафедра «Физических методов и приборов контроля качества»
Радиоволновой, тепловой и оптический контроль
Отчет по лабораторной работе № 4
«Бесконтактное определение температуры тел по их тепловому излучению»
Студент:
Дюпин А.М.
Корелин А.А.
Группа:
Фт-380011
Преподаватель:
Минин М.Г.
Екатеринбург 2021
Цель:
Целью данной работы является изучение принципа действия и
устройства оптического пирометра ЛОП-72. В ходе работы получим
практические навыки в работе с данной аппаратурой, а также определим
температуры тел по их тепловому излучению.
Описание лабораторной установки и её устройство:
Работа пирометра основана на измерении квазимонохроматической
яркости излучения нагретого объекта путём уравнивания ее с яркостью
эталона. В качестве эталона яркости в оптическом пирометре ЛОП-72
используется пирометрическая лампа, для которой дана образцовая
зависимость температуры нити от тока, протекающего по ней.
Изображение источника излучения, температуру которого хотят
измерить, с помощью объектива проецируется в плоскость нити
пирометрической лампы. Наблюдатель, смотрящий в окулярный микроскоп,
видит нить пирометрической лампы на фоне изображения источника
излучения.
Изменяя силу тока в пирометрической лампе, уравнивают яркость нити
лампы с яркостью измеряемого объекта. Температура объекта определяется по
величине тока, протекающего по нити пирометрической лампы в момент
уравнивания яркостей нити и изображения объекта. Факт уравнивания
определяется по исчезновению изображения нити. Оптическая схема
пирометра показана на рис.1.
Рис.1. Оптическая схема пирометра ЛОП-72
2
В оптическую схему пирометра входят объектив 5, микроскоп 1,
являющийся окуляром пирометра, пирометрическая лампа 8, светофильтры 2,
поглотители 4 и 6.
Пирометр оптический ЛОП-72 представляет собой телескоп, состоящий
из объектива 6 и окулярного микроскопа 4, оправы которых закреплены в
корпусе пирометра. Общий вид пирометра показан на рис. 2.
Рис. 2. Внешний вид пирометра ЛОП-72
В верхней части оптической системы помещены: лампа
пирометрическая 8, сектор со светофильтрами 9, сектор с поглощающими
стеклами 7 и реостат с секциями грубой регулировки 11 и тонкой регулировки
10, имеющими плавный ход. Для реостата указано направление вращения
ручек, соответствующее увеличению тока пирометрической лампы.
Ход работы:
В начале работы мы установили пирометр перед объектом и сняли
защитные крышки с объектива и окуляра. После чего подключили к пирометру
стабилизированный источник питания. Следующим шагом было нахождение
видимого свечения нити лампы с помощью увеличения тока в цепи.
Вращением кольца добились чёткого изображения визируемого объекта в
поле зрения окуляра, при этом чёткость нити осталась на прежнем уровне.
Далее нам нужно было добиться исчезновения рабочего участка нити,
регулируя накал нити пирометрической лампы с помощью реостатов грубой и
тонкой регулировки, т.е. нужно подобрать такой ток, чтобы нити практически
не было видно.
3
После того, как нити практически не стало видно, мы зафиксировали
силу тока в данном опыте. К моменту уравнения яркостей подходили то со
стороны большей, то со стороны меньшей яркости нити пирометрической
лампы по отношению к яркости объекта. Момент уравнивания яркостей
фиксировали 5 раз и потом находили среднее значение для каждого из трёх
случаев. Значения напряжения для 3-ёх случаев: U=170 B; U=190 B; U=220 B.
В итоге получили значения тока для 3-ёх опытов:
U, B
I, A
170
0,2665
0,2813
0,2787
0,2766
0,2855
190
0,2815
0,2877
0,2860
0,2904
0,2825
220
0,2940
0,2888
0,2845
0,2966
0,2820
Посчитали средние значения тока:
U, B
I, A (ср. знач.)
170
0,2779
190
0,2855
220
0,2892
С помощью градуировочной шкалы пирометра ЛОП-72 мы определили
яркостную температуру для всех трёх опытов, в итоге получили значения:
𝑇Я1 = 1190 ℃ ; 𝑇Я2 = 1245 ℃ ; 𝑇Я3 = 1290℃
Для получения реальной температуры рабочего тела, воспользуемся
формулой:
T = Tя· [1- Tя (kλ/2πhc) lnα]-1
где λ – длина световой волны, на которой выполняется измерение; α –
коэффициент, зависящий от длины волны и температур, имеет свое значение
для каждого материала и определяется в ходе специального опыта; к –
постоянная Больцмана, с – скорость света; h – постоянная Планка.
4
После проведения опытов нам известны все величины, осталось подставить их
в формулу и найти реальную температуру рабочего тела.
Первый опыт (U=170 B):
𝑇1 = 𝑇Я1 ∗ [1 − 𝑇Я1 ∗ (
𝑘𝜆
) ∗ 𝑙𝑛𝛼]−1 =
2𝜋ℎ𝑐
1,38 ∗ 10−23 ∗ 6,5 ∗ 10−7
= 1463 ∗ [1 − 1463 ∗ (
) ∗ (−0,154)]
2 ∗ 3,14 ∗ 6,63 ∗ 10−34 ∗ 3 ∗ 108
−1
=
= 1439,71 𝐾
Второй опыт (U=190 B):
𝑇2 = 𝑇Я2 ∗ [1 − 𝑇Я2 ∗ (
𝑘𝜆
) ∗ 𝑙𝑛𝛼]−1 =
2𝜋ℎ𝑐
1,38 ∗ 10−23 ∗ 6,5 ∗ 10−7
= 1518 ∗ [1 − 1518 ∗ (
) ∗ (−0,154)]
2 ∗ 3,14 ∗ 6,63 ∗ 10−34 ∗ 3 ∗ 108
−1
=
= 1515,46 𝐾
Третий опыт (U=220 B):
𝑇3 = 𝑇Я3 ∗ [1 − 𝑇Я2 ∗ (
𝑘𝜆
) ∗ 𝑙𝑛𝛼]−1 =
2𝜋ℎ𝑐
1,38 ∗ 10−23 ∗ 6,5 ∗ 10−7
= 1563 ∗ [1 − 1563 ∗ (
) ∗ (−0,154)]
2 ∗ 3,14 ∗ 6,63 ∗ 10−34 ∗ 3 ∗ 108
= 1560,3 𝐾
5
−1
=
Получили реальные температуры рабочего тела для трёх опытов:
𝑇1 = 1439,71 𝐾 = 1166,71℃
𝑇2 = 1515,46 𝐾 = 1242,46℃
𝑇3 = 1560,3 𝐾 = 1287,3℃
Вывод:
В ходе лабораторной работы, получили практические навыки в работе с
оптическим пирометром ЛОП-72, научились определять яркостную
температуру исследуемых объектов и изучили принцип действия данного
устройства. Опытным путём определили яркостную температуру источника
нагрева при трёх различных напряжениях, а также определили реальные
температуры этого источника. Как и следовало ожидать, при большем
напряжении – температура источника нагрева будет больше. В нашем случае,
мы получили: 𝑈1 = 170𝐵, 𝑇1 = 1166,71℃ ; 𝑈2 = 190𝐵, 𝑇2 = 1242,46℃;
𝑈3 = 220𝐵, 𝑇3 = 1287,3℃
6
Скачать