2. Варіанти виконання робіт.

Перед виконанням робіт потрібно групу поділити на декілька підгруп. Кожна підгрупа повинна взяти для себе певне джерело невизначеності, здійснити вимірювання температури ,щоб отримати дані для визначення невизначеності, зробити висновок із своєї роботи та оформити звіт виконання.

В кінцевому результаті всі підгрупи повинні скласти бюджет невизначеності та намалювати причинно-наслідкову діаграму, на якій в

казати всі процеси, які впливають на результат вимірювання.

Порядок підготовки до роботи лабораторного стенду та пірометра, а також методика користування пірометром дивіться в попередніх розділах.

Підгрупа 1. Розрахунок невизначеності похибки від порівняння результатів вимірювання із зразковим приладом.

Рисунок 3.1 Схема розрахунку температури відносно зразкового приладу

Однією із складових сумарної похибки є методична похибка, яку можливо визначити порівнявши результати вимірювання із результатами зразкового приладу. Для цього потрібно одночасно виміряти температуру нагрітої пластини пірометром та поверхневим термоопором. Під’єднюємо поверхневий термоопір та мілівольтметр до пластини та отримуємо покази температур, які записуємо в таблицю 1:

Отримавши результати вимірювань знаходимо невизначеність результатів за типом А. Результати записуємо в таблицю 1:

Таблиця 1 Результати обробки даних отриманих із експерименту

№ п/п	Значення температури пірометра, ºС	Значення температури поверхневого термоопору, ºС	Різниця між зразковими та дійсними значеннями температури ∆, ºС	∆-∆с	(∆-∆с)2

Звідси отримуємо невизначеність роботи приладу в порівнянні із зразковим, яка визначається із формули:

де q_i – виміряна температура, q¯ - середнє значення температури, n – кількість вимірювань

Підгрупа 2. Розрахунок невизначеності похибки взаємозв'язоку між яскравісною температурою об'єкта та його дійсною температурою.

Рисунок 3.2 Схема розрахунку дійсного значення температури

Також однією із складових методичної похибки є похибка визначення взаємозв'язоку між яскравісною температурою об'єкта Т_я та його дійсною температурою Т, яке як відомо, визначається співвідношенням , для Т>>Т_оточ, де Т_оточ — температура довкілля чи стінок. Звідси випливає, що поправка, яку необхідно уводити у результат вимірювання яскравісної температури квазімонохроматичним пірометром для отримання значення дійсної температури об'єкта, становить:

,

де .

де N – стала Авогадро - 6,022·10²³ моль^-1; h – стала Планка – 6,63·10^-34 Дж·с, с – швидкість світла - 300·10⁶ м/с; R – універсальна газова стала – 8,314 Дж/моль·К, ε_λ – ступінт чорноти тіла, для алюмінію ε_λ=0,2

Щоб знайти значення температури вимірюємо температур кілька разів (не менше 10 вимірювань) і знаходимо середнє значення температури на певній пластині, це і буде значення Т

При нормальному законі розподілу та імовірності Р=0,9, маємо:

∆Т=1,6σ, звідси визначаємо U=σ/100%

Підгрупа 3. Розрахунок невизначеності похибки від зміни чорноти об’єкта.

Рисунок 3.3 Схема розрахунку температури відносно відносно зміни чорноти об’єкта.

На результат вимірювання також впливають недоліки вимірюваного об’єкта, до яких можна віднести: шорсткість, тріщини, погнутість та різного роду дефекти. Визначимо невизначеність вимірювання при шорсткості поверхні. Для цього здійснюємо шорсткість половини пластини, другу половину залишаємо без змін. Прогріваємо пластину протягом 10 хвилин та на відстані 0,6 м здійснюємо вимірювання температури, значення показів записуємо в таблицю 2.

Таблиця 2 Результати вимірювання температури гладкої та шорсткої поверхні алюмінієвої пластини.

Температура шорсткої поверхні, ºС
Температура гладкої поверхні, ºС

Із отриманих даних визначаємо невизначеність по типу А, оброблені результати записуємо в таблицю 3.

Таблиця 3 Результати обробки експериментальних даних.

Температура шорсткої поверхні, ºС	Температура гладкої поверхні, ºС	Різниця температури між шорсткою та гладкою поверхнями ∆, ºС	∆-∆с	(∆-∆с)2

Звідси отримуємо невизначеність результатів вимірювання приладу в порівнянні із шорсткою поверхнею, яка визначається із формули:

Підгрупа 4. Розрахунок невизначеності похибки, яка виникає при зміні проміжного середовища.

Рисунок 3.4 Схема розрахунку температури при впливі зовнішнього середовища

Між пірометром та об'єктом вимірювання за дистанційного вимірювання температури завжди присутнє певне проміжне середовище, характеристики якого впливають так чи інакше на результат вимірювання. В даному випадку проміжним середовищем є повітря без різних домішків у вигляді пилу, пари та диму. Якщо вважати що поглинальна здатність середовища не перевищує 20%, пропускна здатність не повинна пропускати 80%. Відповідно до цього можна знайти невизначеність пропускної здатності середовища, яка визначається із формули:

де Т_р – середнє значення температури, τ_р – пропускна здатність.

При нормальному законі розподілу та імовірності Р=0,9, маємо:

∆Т=1,6σ, звідси

%

Звідси невизначеність пропускної здатності середовища матиме значення:

U=σ/100%.

Підгрупа 5. Розрахунок невизначеності похибки при впливі на результат вимірювання температури сторонніх тіл.

Рисунок 3.5 Схема розрахунку температури при впливі температури сторонніх тіл

Під час вимірювань нагріваються також і сторонні тіла, які своєю температурою впливають на результат вимірювання. До цих тіл відносяться: металевий ящик та текстолітова пластина. Тому визначаємо середнє значення температури однієї із пластин та середнє значення температури текстоліту, тоді визначаємо вплив сторонньої температури, яка визначається за формулою:

де Т_х – середнє значення температури об’єкта; Т₀ – середнє значення температури сторонніх тіл; ε₁, ε₂ – коефіцієнти випромінювальної здатності об'єктів, які відповідно дорівнюють 0.1;0.9; λ₁, λ₂ – спектральні діапазони – 6мкм та 9 мкм відповідно; С₂ – 0.0144.

При нормальному законі розподілу та імовірності Р=0,9 середньо квадратичне відхилення температури сторонніх тіл буде мати значення:

Т_к=1,6σ, звідси

%

Звідси невизначеність від впливу температури сторонніх тіл матиме значення:

U=σ/100%.

Підгрупа 6. Розрахунок невизначеності похибки при впливі на результат вимірювання коефіцієнта послаблення сторонніх тіл.

Рисунок 3.6 Схема розрахунку температури при зміні відстані.

При вимірюваннях важливе значення має також вплив коефіцієнта послаблення А, яке виникає при вимірювання через спеціальні вимірюванні вінка. Ці вікна можуть виконуватися із скла, пластику, поліетилену та інших матеріалів. Для практичної перевірки даного коефіцієнта здійснимо вимірювання температури через прозорий тонкий поліетилен і отримаємо відповідні значення: Т₀ – середня температура пластини виміряна через поліетилен, Т– температура пластини виміряна звичайним способом.

Коефіцієнт послаблення визначається по формулі:

При нормальному законі розподілу та імовірності Р=0,9 середньо квадратичне відхилення впливу коефіцієнта послаблення буде мати значення:

А=1,6σ, звідси

%

Звідси невизначеність від впливу коефіцієнта послаблення матиме значення:

U=σ/100%.

Підгрупа 7. Розрахунок невизначеності похибки від зміни відстані вимірювання температури.

Важливе значення при вимірюванні температури має відстань на якій здійснюються вимірювання. Зміна відстані сприяє великій імовірності похибки вимірювання, яка визначається за типом А. Перед цим проведемо декілька вимірювань температури одного і того ж об’єкта на відстані 0.6 м та 1.2 м і отримаємо наступні значення (таблиця 5):

Таблиця 5 Значення температури виміряної на різних відстанях.

Значення температури тіла на відстані 0.6 м, Т°С
Значення температури тіла на відстані 1.2 м, Т°С

Із отриманих даних визначаємо невизначеність по типу А, опрацьовані результати вимірювання записуємо в таблицю 6.

Таблиця 6 Результати обробки даних отриманих під час експерименту.

Значення температури тіла на відстані 0.6 м, Т°С	Значення температури тіла на відстані 1.2 м, Т°С	Різниця температури на різних відстанях ∆, ºС	∆-∆с	(∆-∆с)2

Звідси отримуємо невизначеність результатів вимірювання приладу на різних відстанях, яка визначається із формули: