30_Pomiar temperatury pirometrem optycznym.pdf

(138 KB) Pobierz
30_Pomiar temperatury pirometrem optycznym
Cel wiczenia
Celem wiczenia było zapoznanie si z poj ciem promieniowania termicznego, wielko ciami i
jednostkami radiometrycznymi, prawami promieniowania ciała doskonale czarnego, metod pomiaru
temperatury pirometrem optycznym w zakresie od 800 o C do 2500 o C oraz okrelenie temperatury włókna
badanej arówki w zalenoci od dostarczonej mocy.
Układ i metody pomiarowe
Pomiarów dokonywalimy za pomoc pirometru optycznego. Schemat pirometru, z którego
korzystalimy, prezentuje rysunek:
Obiektyw tego pirometru tworzył obraz badanego ciała w płaszczy nie włókna arówki umieszczonej
przed okularem. Obserwator patrzc przez okular pirometru widział włókno arówki pirometrycznej na tle
obrazu badanego ciała. W okularze znajduje si filtr szklany, przepuszczajcy tylko niewielki przedział
promieniowania. Emitancj włókna arówki pirometrycznej regulowalimy zmieniajc rezystancj w obwodzie
zasilania. Podczas pomiarów dylimy do sytuacji, w której włókno arówki pirometru było takiej samej
barwy co ciało badane. Wówczas odczytana na pirometrze temperatura była temperatur czarn ciała
rzeczywistego. Nast pnie korzystaj c ze wzoru:
1
=
1
+
L
ln ( , ) , gdzie: C 2 =1,44*10 -2 [m*K], A=0,4752-2*10 -5 [1/K]*T cz [K], =650nm
T
T
C
cz
rz
cz
2
obliczylimy temperatur rzeczywist badanego ciała.
Badanym przez nas ciałem było włókno arówki zasilanej w układzie wg poniszego schematu:
Pomiary i obliczenia
Pomiary zostały dokonane przy pomocy przyrzdów:
• Pirometru optycznego, charakterystyka:
- T cz = 10 °C dla I zakresu 800-1400°C
- T cz = 10 °C dla II zakresu 1200-2000°C
- T cz = 50°C dla III zakresu 1800-5000°C
A T
L
607735094.045.png 607735094.046.png
• Zasilacza Stabilizowanego P 340
• Amperomierza prdu stałego LM-3, charakterystyka:
- klasa przyrzdu: 0,5
- zakres pomiaru: 3 A dla I i II zakresu temperaturowego pirometru; 7,5 A dla III zakresu
• Woltomierza napicia stałego, charakterystyka:
- klasa przyrzdu: 1,5
- zakres pomiaru: 10 V dla wszystkich trzech zakresów temperaturowych pirometru.
Kilkukrotne pomiary tych samych temperatur w kadym z zakresów, prezentuje tabela:
Tabela 1. Kilkukrotne pomiary tych samych temperatur
T CZ [ O C]
U[V]
I[mA] T cz rednia [ O C] T cz rednia [K] T cz
1 090
1 110
1 110
1 120
1 120
1 125
1 130
1 150
1 190
2
1 500
1 127,22
1 400,22
9,54
Zakres I
800-1400 o C
900
900
900
910
910
1,4
1 300
910,00
1 183,00
6,32
940
1470
1480
1490
1500
1510
1510
3,6
2 050
1 493,33
1 766,33
6,67
Zakres II
1200-2000 o C
1860
1750
1810
1840
1850
6,2
2 800
1 830,00
2 103,00
18,07
1870
2100
2100
2150
2150
2170
2180
8
3 100
2 141,67
2 414,67
14,00
Zakres III
1800-5000 o C
2150
2150
2150
2250
2250
2300
2300
2330
2350
10
3 500
2 268,00
2 541,00
31,30
2450
607735094.047.png 607735094.048.png
Natomiast pomiary i obliczenia dla pojedynczych pomiarów temperatury czarnej w całym zakresie temperaturowym pirometru zawarte s w tabeli:
Tabela 2. Pojedyncze pomiary temperatury czarnej w całym zakresie temperaturowym pirometru 1
T cz [ o C]
T cz [K]
U[V]
I[mA] T cz
P[W] I[mA] U[V] P[W]
T rz [K] T rz T rz
910,00 1 183,00
1,4
1 300
6,32
1,82
15
0,15
0,22
1 235,45
6,90
0,56%
Zakres I
800-1400 o C
1 030,00 1 303,00
1,8
1 450
10,00
2,61
15
0,15
0,25
1 367,37
11,01
0,81%
1 127,22 1 400,22
2,0
1 500
9,54
3,00
15
0,15
0,26
1 475,26
10,59
0,72%
1 210,00 1 483,00
2,4
1 650
3,96
15
0,15
0,29
1 567,85
11,18
0,71%
10,00
1 330,00 1 603,00
2,8
1 800
5,04
15
0,15
0,32
1 703,31
11,29
0,66%
Zakres II
1200-2000 o C
1 493,33 1 766,33
3,6
2 050
6,67
5,74
15
0,15
0,35
1 890,10
7,63
0,40%
1 450,00 1 723,00
5,0
2 450
10,00
12,25
15
0,15
0,45
1 840,26
11,41
0,62%
1 830,00 2 103,00
6,2
2 800
18,07
17,36
15
0,15
0,52
2 284,44
21,33
0,93%
Zakres III
1800-5000 o C 2 268,00 2 541,00
2 141,67 2 414,67
8,0
3 100
14,00
24,80
37,5
0,15
0,77
2 661,60
17,01
0,64%
10,0
3 500
31,30
35,00
37,5
0,15
0,90
2 818,04
38,49
1,37%
Wzory i przykładowe obliczenia
Przykładowe obliczenia zostały wykonane dla pierwszego pomiaru na I zakresie z Tabeli 2:
1
=
n
1
S
=
(
T
−
T
)
2
=
×
6555,556
»
6
32
K
r
cz
cz
n
(
n
−
1
8
×
9
i
1
P
=
U
×
I
=
1
4
×
1
=
1
82
W
D
U
D
I
=
kl
×
zakr
;
D
U
=
1
×
10
=
0
15
V
;
D
I
=
0
×
3
=
0
015
A
=
15
mA
100
100
100
=
1
×
0
15
+
1
4
×
0
015
»
0,22W
szarym kolorem zaznaczono obliczenia dla temperatur mierzonych kilkukrotnie, niektóre dane pochodz z Tabeli 1.
,
607735094.001.png 607735094.002.png 607735094.003.png 607735094.004.png 607735094.005.png 607735094.006.png
1
1
L
1
650
*
10
−
9
1
=
+
ln
A
(
T
)
=
+
*
(
-0,79421)
»
0,000809
T
T
C
cz
1183
0,0144
K
rz
cz
2
T
=
(
0,000809
)
−
1
=
1
235,45
K
rz
Obliczenie niepewnoci pomiaru T rz metod róniczki zupełnej:
(
)
2
*
10
−
5
C
+
T
*
L
*
ln
A
(
T
)
−
T
*
L
*
ln
A
(
T
)
+
T
*
L
*
2
cz
cz
cz
cz
cz
A
(
)
D
T
=
D
T
*
C
*
=
rz
cz
2
(
)
C
+
T
*
L
*
ln
A
(
T
)
2
cz
cz
(
)
2
*
10
−
5
0,0144
+
1183
*
650
*
10
−
9
*
-0,795091
−
1183
*
650
*
10
−
9
*
-0,795091
+
1183
*
650
*
10
−
9
*
0,45154
(
)
=
6
32
*
0,0144
*
»
(
)
0,0144
+
1183
*
650
*
10
−
9
*
-0,795091
»
6
K
Pozostałe obliczenia zostały wykonane analogicznie.
Wnioski kocowe
Przy pomiarze temperatury ciała nieczarnego, pirometr monochromatyczny wskazuje temperatur
luminacyjn, nisz ni warto jej temperatury rzeczywistej. W celu odczytania temperatury rzeczywistej
najwygodniej jest posłuy si nomogramem. My jednak wszystkie otrzymane temperatury rzeczywiste
obliczylimy ze wzoru w kelwinach, nastpnie przeliczalimy na stopnie Celsjusza i porównalimy z
wartociami odczytanymi z nomogramu. Pocztkowo wartoci te były identyczne, jednak ze wzrostem
mierzonej temperatury włókna pojawiały si coraz wiksze rozbienoci midzy wartociami otrzymanymi ze
wzoru, a wartociami odczytanymi z nomogramu. Trudnoci była coraz mniejsza podziałka na nomogramie, co
znaczco wpłynło na te rónice.
Aby wykreli zaleno temperatury rzeczywistej od mocy musielimy wyliczy obie te wartoci.
Efekty kocowe oblicze wygldaj nastpujco:
• Dla P= (1,82 ± 0,22) W T rz =(1 235,45 ± 6,90) K
• Dla P= (2,61 ± 0,25) W T rz =(1 367,37 ± 11,01) K
• Dla P= (3,00 ± 0,26) W T rz =(1 475,26 ± 10,59) K
• Dla P= (3,96± 0,29) W T rz =(1 567,85 ± 11,18) K
• Dla P= (5,04± 0,32) W T rz =(1 703,31 ± 11,29) K
• Dla P= (5,74± 0,35) W T rz =(1 890,10 ± 7,63) K
• Dla P= (12,25± 0,45) W T rz =(1 840,26 ± 11,41) K
• Dla P= (17,36± 0,52) W T rz =(2 284,44 ± 21,33) K
• Dla P= (24,80± 0,77) W T rz =(2 661,60 ± 17,01) K
• Dla P= (35,00± 0,90) W T rz =(2 818,04 ± 38,49) K
Na podstawie w/w punktów powstał wykres znajdujcy si na nastpnej stronie. Wida z niego , e
zaleno temperatury rzeczywistej od mocy pobranej przez arówk ma charakter krzywej logarytmicznej.
Pomiary wykonane kilkukrotnie znajduj si bliej linii trendu. Natomiast te wykonane tylko raz dalej,
przykładem moe by pomiar nr 7, który mimo tego, e ley najdalej ze wszystkich od linii trendu, nie
kwalifikował si do odrzucenia na mocy kryterium Chauveneta.
Temperatury rzeczywiste wyznaczalimy na podstawie pomiarów wykonanych pirometrem z filtrem
czerwonym. Stosowane w pirometrach filtry czerwone maj tak dobrany zakres długoci fal, w którym
przepuszczaj promieniowanie widzialne, e współpracujc z okiem ludzkim umoliwiaj obserwowanie ciała
badanego i włókna arówki pirometru w wskim pamie długoci fal, a wic w jednej barwie. Fakt ten
umoliwia uniknicie błdów wynikajcych z subiektywnoci oceny barwy przez rónych obserwatorów. Mimo
tego udogodnienia nasze pomiary nie były zadowalajco dokładne. Wida to szczególnie przy pomiarach
wykonanych na zakresie III, podczas wielokrotnego pomiaru tej samej temperatury, gdzie rozbienoci
badanych temperatur były najwysze. Pomijajc dokładno miernika na tym zakresie, bezporedni wpływ na
otrzymane wyniki miało zmczenie oka obserwatora. Moliwe, e gdybymy zaczli pomiary od zakresu III
nasze punkty na wykresie leały by bliej krzywej logarytmicznej. Jednak kosztem takiego sposobu pomiaru
byłby czas niezbdny do pierwszego nagrzania si włókna arówki.
2
2
607735094.007.png
Wykres zale no ci temperatury rzeczywistej włókna arówki od pobranej mocy
3 000,00
2 800,00
Y = 515,17LN(X) + 878,56
R 2 = 0,9403
2 600,00
2 400,00
2 200,00
2 000,00
1 800,00
1 600,00
1 400,00
1 200,00
1 000,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
P[W]
607735094.008.png 607735094.009.png 607735094.010.png 607735094.011.png 607735094.012.png 607735094.013.png 607735094.014.png 607735094.015.png 607735094.016.png 607735094.017.png 607735094.018.png 607735094.019.png 607735094.020.png 607735094.021.png 607735094.022.png 607735094.023.png 607735094.024.png 607735094.025.png 607735094.026.png 607735094.027.png 607735094.028.png 607735094.029.png 607735094.030.png 607735094.031.png 607735094.032.png 607735094.033.png 607735094.034.png 607735094.035.png 607735094.036.png 607735094.037.png 607735094.038.png 607735094.039.png 607735094.040.png 607735094.041.png 607735094.042.png 607735094.043.png 607735094.044.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin