6. Оптичні пірометри.

Оптичні – безконтактні методи вимірювання температури, засновані на залежності потоку випромінювання тіла від його температури.

Пірометр – прилад, що дозволяє зафіксувати теплове випромінювання. Пірометри бувають оптичні, яскравністні та радіаційні.

О птичний пірометр – прилад, що вимірює температуру тіла по монохроматичній яскравості випромінювання у видимій області спектру.

Будова: 1 – об'єктив, 2 – корпус, 3 – еталонна нитка напруження, 4 – джерело живлення пірометра, 5 – досліджуване тіло, 6 – реохорд

для регулювання сили струму (яскравості) нитки.

Мал. 5. Оптичний пірометр. Принцип дії: еталонна нитка накалювання

наводиться на вимірюване тіло. Змінюючи опір реостата можна міняти струм через нитку, а відповідно і її температуру. В той момент, коли температура нитки стає рівна температурі досліджуваного тіла, нитка зникає на його фоні. У момент зникнення нитки проводиться відлік температури по амперметру.

Межі вимірювання: від 800°С.

Переваги: можливість дистанційного вимірювання.

Недоліки: невисока точність вимірювання, оскільки порівняння яскравостей проводиться за допомогою ока.

Форма звіту

Лабораторна робота № 1

Прилади і методи виміру температури

Мета роботи …

Обладнання …

Назва даного класу термометрів (для всіх класів).

Схема будови термометру.

Межі виміру температури термометрами даного класу.

Принцип дії термометрів.

Достоїнства і недоліки даного класу термометрів.

Висновок до лабораторної роботи.

Виконав(ла) _______________ Прийняв ________________

«___» _______________ 20 р «___» _______________ 20 р

Контрольні питання.

1. Види і принцип дії термометрів розширення, їх достоїнства і недоліки.

2. Назвіть різновиди механічних термометрів.

3. На чому заснований принцип дії термометрів опору?

4. Як працює оптичний пірометр?

5. Опишіть принцип дії барометричного термометра.

6. Які робочі речовини використовуються в термометрах розширення?

7. Для чого в якості робочої речовини використовують пентан і толуол?

8. Температуру яких тіл вимірюють за допомогою оптичного пірометра?

9. Чим викликана невисока при вимірі температури оптичним пірометром?

10. Яким вимогам мають задовольняти метали, які використовуються при виготовлені біметалічних термометрів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

Визначення витрати газу методом адіабатного дроселювання потоку

Мета роботи: вивчити методику виміру витрат газу по перепаду тиску в

пристрої, що звужує.

Прилади й приладдя: циліндрична труба з діафрагмою, вентилятор, електродвигун, випрямляч.

Теоретична частина

При вимірі кількості рідини, газу або пари можуть бути поставлені два види задач:

1. Визначити кількість речовини, що пройшли через вимірювальну ділянку за проміжок часу (зміну, добу і т. д.). Подібні вимірювальні прилади називаються лічильниками кількості.

2. Визначити кількість речовини, що проходить через вимірювальну ділянку в одиницю часу (секунду, хвилину, годину, добу). Такі прилади називаються витратомірами.

Лічильники кількості бувають двох видів: швидкісні – кількість речовини визначається по частоті обертання ротора, яка сумується рахунковим механізмом; і об'ємні – кількість речовини визначають по числу об'ємів (порцій), так само просумованих рахунковим пристроєм.

Витрату речовини можна виміряти в одиницях маси, поділених на одиницю часу (кг/с, кг/год) або в одиницях об'єму, поділених на одиницю часу (м³/с, м³/год, см³/с). У системі СІ мірою кількості речовини служить маса. У зв'язку з цим під витратою речовини мається на увазі масова витрата, виражена в одиницях маси (кг/с).

На даний момент відомо більш ніж 20 методів виміру витрат. Найбільше поширення одержали наступні витратоміри: змінного і постійного перепаду тиску, тахометричні, електромагнітні.

У лабораторній практиці одержали також поширення методи витрати за допомогою напірних трубок, термоанеометрів, міточних витратомірів. У промислових умовах застосовують ультразвукові, ядерно-магнітні і фотоелектричні витратоміри.

Одним з найпоширеніших способів вимірів є спосіб виміру витрат газів, рідин або пари у трубопроводах по перепаду тиску при проходженні потоку через звужуючий (дросельне) пристрій. Витратоміри із звужуючим пристроєм (дросельні) одержали широке поширення й становлять 70-80% всіх використовуваних витратомірів. Якщо в трубопроводі на шляху руху газу або пари зустрічається місцеве звуження прохідного отвору, то внаслідок опорів, що виникають при такому звуженні, тиск за місцем звуження завжди менше тиску перед ним. Процес переходу газу (пари) з високого тиску на низьке без здійснення роботи називається дроселюванням потоку. Будь-який кран, вентиль, засувка, клапан та інші місцеві опори, що зменшують прохідний перетин трубопроводу, викликають дроселювання газу, і, отже, перепад тиску. Іноді дроселювання спеціально вводиться в цикл роботи машин. Наприклад, шляхом дроселювання пари перед входом у парові турбіни регулюють їх потужність. У карбюраторних двигунах внутрішнього згоряння регулювання потужності досягається зміною положення дросельної заслінки карбюратора. Дроселюванням пари користуються також для зниження тиску в спеціальних редукційних клапанах, що широко застосовуються у системах тепло- і паропостачання, ежекторних установках для перекачування гарячих газів. У холодильній техніці багаторазове дроселювання застосовують для одержання низьких температур і скраплення газів. При адіабатному дроселюванні ентальпія газу не змінюється, а температура може збільшуватися, зменшуватися або залишатися постійної.

Мал. 6. Дросельні прилади.

Вимірюючи різницю тисків до і після звужуючого пристрою, можна судити про витрату речовини, тому що перепад тиску залежить від швидкості, а, отже, і від витрати речовини.

Як дросельні пристрої застосовують: діафрагми, сопла, дифузори і труби Вентурі (мал.6).

Діафрагма являє собою тонкий диск із отвором круглого перетину, центр якого лежить на осі труби. Звуження потоку починається перед діафрагмою, тому на деякій відстані від неї потік досягає максимальної швидкості. Далі потік поступово розширюється до повного перетину трубопроводу, а швидкість здобуває колишнє значення.

Канали певного перетину, в яких зменшується тиск потоку газу й збільшується його швидкість, називаються соплами. Канали, у яких відбувається зворотний процес, називаються дифузорами.

Труба Вентурі складається із циліндричної вхідної ділянки і конічної частини, що розширюється, - дифузора; втрата тиску в такому випадку набагато менше, ніж у випадку діафрагми й сопла.

Принцип виміру витрати речовини по перепаду тиску, що створюється звужуючим пристроєм, базується на рівнянні Бернуллі і рівнянні нерозривності.

Мал.7. Коефіцієнт витрати α для діафрагми.

В наслідок переходу частини потенційної енергії в кінетичну середня швидкість потоку у звуженому перетині зростає, у результаті чого статичний тиск у цьому перетині стає менше статичного тиску перед звужуючим пристроєм. Різниця цих тисків залежить від витрати.

Масова витрата М, кг/с визначається вираженням:

, (1)

де α – коефіцієнт витрати, що залежить від модуля m (щодо площі) і типу звужуючого пристрою;F – площа отвору звужуючого пристрою, [ F ] = м²; ρ – густина вимірюваного середовища в робочих умовах, [ ρ ] = кг/м³; ΔР – перепад тиску, обмірюваний безпосередньо в торців звужуючого

пристрою, [ΔР ] = Па.

Коефіцієнт витрати α ураховує явище стиску струменя потоку в звужуючому пристрої й втрати тиску в ньому. Він залежить від модуля:

, (2)

де d – діаметр отвору в звужуючому пристрої; D – діаметр труби.

Коефіцієнт витрати визначається експериментальним шляхом, його значення приводяться в довідниках у вигляді таблиць або графіків (мал. 7).

При більших перепадах тиску формула (1) дає більшу похибку, тому при вимірі потоків більших швидкостей і перепадів тиску у формулі (1) уводять поправочний коефіцієнт ε, що враховує стан вимірюваного середовища.

Площа поперечного перерізу діафрагми F обчислюється по формулі:

. (3)

Залежність між одиницями тиску з висотою стовпа рідини наступна:

. (4)

Перепад тиску дорівнює:

, (5)

де ρ_ж – густина рідини в мікроманометрі (ρ_ж = 10³ кг/м³), g – прискорення вільного падіння (g = 9,81 м/с²), Δh – різниця рівнів у мікроманометрі.

Густина повітря ρ під час проведення досліду можна визначити по рівнянню стану:

,

звідки , (6)

де ρ_н, Р_н, Т_н – параметри повітря при нормальних умовах, ρ, Р, Т – параметри повітря при умовах досліду. Для нормальних умов: ρ_н = 1,293 кг/м³, Р_н = 760 мм. рт. ст. = 0,1 МПа, Т_н = 273 К.