VI. Список литературы.
1. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978. – 704 с.
2. Афанасьев В.Н., Афонин А.Н., Исаев С.И. и др. Лабораторный практикум по термодинамике и теплопередаче: Учебное пособие для энергомашиностроит. спец. вузов / Под ред. В.И. Крутова, Е.В. Шитова. М.: Высш. шк., 1988. – 216 с.
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/. Дата обращения 20.07.2013.
4. Мартин-Ульрих Райссланд. Измерительная техника, TPS 8.1.3.1 – измерение температуры / Демонстрационные и практические опыты. Отпечатано в Федеративной Республике Германия.
5. Кончаловский В.Ю., Семенов В.Ф., Ю.С. Солодов Ю.С. Измерение температуры: Методическое руководство к лабораторной работе № 8 по курсу «Метрология и инженерный эксперимент». – М.: Изд-во МЭИ, 1999.
6. Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М.: Энергия. 1980.
7. Техника эксперимента. Лабораторный практикум. М. МИСиС. 1989.
8. ГОСТ Р 8.625-2006 «Термометры сопротивления из платины, меди и никеля». М.: Стандартинформ, 2006.
Лабораторная работа № 2.
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ АБСОЛЮТНО ЧЕРНОГО ТЕЛА (АЧТ) ИНФРАКРАСНЫМИ ТЕРМОМЕТРАМИ
I. Цели работы.
1. Изучить явление теплового излучения на примере измерения температуры АЧТ ИК-термометрами.
2. Изучить устройство и принцип работы ИК-термометров и модели АЧТ.
3. Получить практические навыки измерения температуры ИК-термометрами.
II. Теоретическое введение.
2.1. Характеристики теплового излучения.
Под тепловым излучением понимают электромагнитное излучение, возникающее за счет тепловой (внутренней) энергии излучающей системы. Например, раскаленные добела тела испускают белый свет, обладающий сплошным спектром частот. Оно зависит только от температуры и оптических свойств излучающего тела. Если расход энергии тела на тепловое излучение не восполняется за счет подвода к нему теплоты, то его температура постепенно понижается, а тепловое излучение уменьшается.
Тепловое излучение – единственное, которое может находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Равновесность теплового излучения позволяет применять к нему общие законы термодинамики.
Производственные источники теплового излучения по спектральному характеру условно можно разделить на четыре группы:
1) с температурой излучающей поверхности до 500 °С (паропроводы, сушильные установки, низкотемпературные аппараты, наружная поверхность различных печей и др.); их спектр содержит длинные инфракрасные лучи (длина волны 3,7-9,3 мкм);
2) с температурой поверхности от 500 до 1300 °С (открытое пламя, открытые проемы нагревательных печей и топок, нагретый металл слитки, заготовки, расплавленные чугун и бронза и др.); их спектр содержит преимущественно инфракрасные лучи (1,9-3,7 мкм), но появляются и видимые лучи;
3) с температурой 1300-1800 °С (открытые проемы плавильных печей, расплавленная сталь и др.); их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких (1,2-1,9 мкм), так и видимые большой яркости;
4) с температурой выше 1800 °С (пламя электродуговых печей, сварочных аппаратов и др.), их спектр излучения содержит наряду с инфракрасными (0,8-1,2 мкм) и видимыми (0,4-0,8 мкм) также и ультрафиолетовые лучи.
Инфракрасное излучение (ИК) – это разновидность теплового излучения, занимающего в спектре электромагнитных волн диапазон от 0,77 до 340 мкм.
Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело, температура которого выше абсолютного нуля (–273 °С). Излучение обладает малой энергией кванта, и при его поглощении происходит усиление колебательных и вращательных движений молекул и атомов, броуновское движение, электролитическая диссоциация и движение ионов, ускорение движения электронов по орбитам. Все это приводит к образованию тепла внутри поглощающего тела.
Инфракрасные излучатели с температурой на поверхности от 700 °С до 2500 °С имеют длину волны 1,55-2,55 мкм и называются «светлыми» – по длине волны они ближе к видимому свету, излучатели с более низкой температурой поверхности имеют большую длину волны и называются «темными».
Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приёмниками, а также специальными фотоматериалами.
Основными характеристиками теплового излучения являются энергетическая светимость, испускательная и поглощательная способности.
Энергетической светимостью Rэ называется полный поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела в единицу времени по всем направлениям во всем интервале длин волн.
(2.1)
где dW∞ – энергия, излучаемая во всем интервале длин волн за время dt.
Отношение dW∞/dt дает мощность излучения.
dS – площадь излучающей поверхности.
Энергетическая светимость измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2) и является функцией температуры тела.
Испускательная способность системы rT (также называется спектральной плотностью энергетической светимости) равна энергии электромагнитных волн, излучаемых за единицу времени с единицы площади поверхности тела в узком интервале частот от ν до ν + dν (или длин волн от λ до λ + dλ), т.е.
(2.2)
Зная испускательную способность тела, можно вычислить его энергетическую светимость Rэ, численно равную энергии электромагнитных волн всевозможных частот, излучаемых за единицу времени с единицы поверхности тел.
(2.3)
Поглощательной способностью (часто называют монохроматическим коэффициентом поглощения) тела служит безразмерная величина αλT, показывающая, какая доля энергии электромагнитных волн с частотами от ν до ν + dν, падающих на поверхность тела, поглощается им:
(2.4)
Значения rλТ и αλT зависят от длины волны (частоты), температуры, химического состава тела и состояния его поверхности.