Термометрия понятие и принципы (стр. 2 из 3)

1.3.4. Оптическая термометрия.

При наличии теплового движения молекул вещества тело всегда является источником электромагнитного излучения. Интенсивность этого излучения и его спектральный состав связаны с температурой. Для идеализированного абсолютного чёрного тела энергия, излучаемая с единицы поверхности в единицу времени определяется законом Стефана-Больцмана: R_э=T⁴ ,где ,  - постоянная величина, Т – абсолютная температура. Основанные на этом законе термометры носят название радиационных пирометров (рис.5).

Измерить величину R технически очень трудно, поэтому более распространены яркостные пирометры, в которых яркость свечения исследуемого тела сравнивается с яркостью тела, температура которого известна. Схематически устройство яркостного пирометра показывает рис.6. Обычно в качестве тела сравнения берут вольфрамовую нить специальной электролампы, питаемой от стабильного источника тока. Меняя ток этой лампы можно выровнять её яркость с яркостью исследуемого тела, в этом состоянии температуры тел одинаковы. Температуру нити лампы сравнения определяют по току, при этом шкалу миллиамперметра градуируют непосредственно в градусах.

Пирометр представляет собой зрительную трубу, позволяющую рассматривать удаленные объекты. Нить лампы сравнения устанавливается в фокальной плоскости окуляра. В эту же плоскость вращением объектива проецируется изображение объектива. При правильной настройке оптической части нить лампы сравнения наблюдается на фоне объекта.

Нить лампы сравнения нельзя нагревать выше определенной температуры (1400⁰С), поэтому для расширения предела измеряемых температур в оптическую схему пирометра включают светофильтр, ослабляющий яркость исследуемого тела с точно известной кратностью.

Яростный пирометр показывает действительную температуру лишь тогда, когда тело и нить одинаково близки по оптическим свойствам к абсолютно черному телу. Поэтому для получения истинного значения температуры в полученный результат вводят поправку, которая зависит как от материала излучающего тела, так и от его температуры. В данном случае для этого используют специальные таблицы ( см. приложение. ). Сначала по таблице 1 выбирают коэффициент излучательной способности , зависящий от материала излучающего тела. Затем по таблице 2 находят истинное значение температуры. При этом используют метод интерполяции – усреднения. Пусть, например, излучающий материал – никель, а показанная пирометром температура 1550⁰С. Тогда по таблице 1 находим =0.36, а с помощью табл. 2 вычисляем истинную температуру как бы «организуя» недостающие строки и колонки в табл. 2. Измеренная температура лежит в интервале 1400-1600⁰С. Из колонок 1400 и 1600 берем значения для =0.35 и 0.40 и вычисляем сколько градусов приходится на 0.01 излучательной способности. (( 1550-1530 )/(0.40-0.35))Ч0.01=4⁰С; (( 1790-1760)/( 0.40-0.35))Ч0.01=6⁰С

Строим дополнительный фрагмент табл.2

1400	1600
0.35	1550	1790
0.36	1546	1784
0.37	1542	1778

и т.д.

По средней строке полученной таблицы находим истинную температуру

В отдельных случаях применяют так называемый цветной пирометр, когда температуру определяют на основании закона Вина, связывающий температуру излучающего тела с длиной волны, на которую приходится максимум его излучатель ной способности. Цветной пирометр включает в себя спектральный прибор, разлагающий нагретого тела в спектр, и фотоэлектронную приставку, измеряющую распределения интенсивности в этом спектре. Оптические пирометры имеют невысокую точность, но позволяют производить дистанционные измерения, что во многих процессах металлургии, в химии, физике и астрономии очень актуально.

2. Практическая часть.

2.1.Температурные шкалы

а) Какова температура человеческого тела в шкалах Цельсия, Кельвина и Фаренгейта?

б) Сколько градусов Цельсия в одном градусе Фаренгейта?

в) Переведите 50⁰F в градусы Кельвина.

2.2 Градуировка термометра сопротивления.

Термометр сопротивления изготовлен из тонкой медной проволоки, намотанной на бумажный каркас, помещенный в защитный стеклянный футляр ( в пробирку ). В холодном состоянии сопротивление провода близко к 80 Ом.

Сопротивления термометра в данной работе измеряется при помощи индикатора сопротивления ММВ ( рис. 7 ).

Правила пользования прибором.

- Источником питания индикатора служит батарея 3336. Питание индикатора также может осуществляться от внешнего источника с напряжением 3.8-4.4В.

- Перед началом работы установить индикатор в горизонтальное положение.

- Проверить соответствие нулевого положения указателя гальванометра и, при необходимости, установить указатель на нулевую отметку шкалы при помощи корректора К.

- Подключить термометр сопротивления к А и В.

- Поставить в соответствующее положение переключатель диапазона Д, нажать кнопку Кн. и вращать ручку перехода от тех пор, пока стрелка не становиться на нулевую отметку. Величина измеряемого сопротивления равна произведению отсчета по шкале реохорда и по рукоятке переключателя диапазона измерения.

При измерениях на средней отметке «5» шкалы реохорда основная погрешность не превышает

2%.

Для градуировки термометра сопротивления соберите установку, показанную на рис.8а. Жидкостный термометр вставляете в отверстие в крышке пробирки. Пробирку, укрепленную в лампе штатива, опустите в алюминиевый сосуд с водой. Сосуд устанавливается на электроплитку.

Включите электроплитку в сеть. Электроплитка может быть включена через ЛАТР ( лабораторный автотрансформатор ), с помощью которого можно подавать напряжения и регулировать скорость нагревания воды. По мере нагревания через каждые 10⁰ измеряете и записываете сопротивление термометра сопротивления ( таб. 1 отчета ).

По полученным данным постройте градуировочный график термометра сопротивления, откладывая по горизонтальной оси температуру, а по вертикальной – величину сопротивления. Если экспериментальные точки имеют некоторый разброс, следует «не глаза» провести прямую. Такой градуировочный график позволяет измерять температуру среды, в которую может быть помещен термометр сопротивления.

По градуировочному графику определите температурный коэффициент сопротивления меди:

( град^-1).

Значения t₁и t₂ и соответствующие им значения сопротивлений R₁ и R₂ выбираются по графику произвольно.

2.2 Градуировка термистора.

Термистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от температуры. В работе используется термистор марки ММТ – 4. В холодном состоянии его сопротивление приблизительно равно 1кОм. Градуировка выполняется на установке, описанной в задании 1.

По полученным экспериментальным точкам ( таб. 2 отчета ) постройте градуировочную кривую. Следует учитывать, что зависимость сопротивления термистора от температуры имеет нелинейный характер и соединять точки следует не прямой линией, а плавной кривой.

2.3. Градуировка термометры.

В работе используется хромель-алюмелевая дифференциальная термопара. Для выполнения градуировки соберите установку, показанную на рис.8б. Обычно «холодный» спай термопары погружается в тающий лед и выполненная в этом случае градуировка является «стандартной», т.е. полученной в строго определенных условиях. Она позволяет определять температуру в градусах Цельсия, начиная с 0⁰.В нашей работе «холодный» спай погружен в воду комнатной температуры и, строго говоря, полученная градуировка справедлива только при данной комнатной температуре.

«Горячий» спай «скрепите» с помощью прищепки с жидкостным термометром и погрузите в сосуд с водой, установленный на электроплитке. Электроплитка может быть подключена через ЛАТР(лабораторный автотрансформатор), на котором устанавливается напряжение 150-180В для более медленного нагревания .

Для измерения термо ЭДС в данной работе используется потенциометр постоянного тока ПП-63. При измерениях следует выполнять следующее:

- Перед началом работы установите корректором стрелку с гальванометром на «0».Прибор установите в горизонтальное положение.

- Соблюдая полярность подключите источник питания- аккумулятор, к клеммам «БП» (батарея питания) потенциометра.(В переносном варианте могут использоваться встроенные элементы тока).Тумблер «БП» переведите в положение «Н»- наружный.

- Тумблер «НЭ» – нормальный элемент, переведите в положение «В»- внутренний. Клеммы «БИ» и тумблер под ними в данном случае не задействованы

- Тумблер «Питание 1,2-1.65В» переведите в положение «ВКЛ».

- Подключите термопара к клеммам «Х».Переключателем введите измерительное сопротивление 0,6 Ом. Оно приблизительно равно сопротивлению хромель-алюмелевой термопары.

- Переключатель рода работ поставьте в положение «Потенц»-потенциометрические измерения.

- Штекер делителя поставьте в положение 0,5.При этом отсчитанное по прибору напряжение необходимо умножать на 0,5.

- Провести установку рабочего тока потенциометра, для чего: а) установить переключатель «К-И» в положение «К»-контроль; б)установить стрелку гальванометра на «0» вращением рукояток «Грубо» (верхняя) и «Точно» (нижняя) реостата «Рабочий ток», вначале принажатой кнопке «Грубо», а затем «Точно». (Кнопки можно зафиксировать в нажатом положении, повернув их в ту или другую стороны).\