POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Wydział: Inżynieria Środowiska

Kierunek: Inżynieria Środowiska

ĆW. 22.

POMIAR TEMPERATURY PIROMETREM OPTYCZNYM

KRZYSZTOF SIEROŃ

GRUPA IV

ROK II

1. TEORIA:

Ruch cząstek i atomów powoduje, że wszystko co nas otacza jest żródłem promieniowania termicznego /w temperaturze wyższej niż 0 K/.

Stosunek strumienia energii promieniowania pochłoniętego przez ciało φ_A(T), do strumienia energii promieniowania padającego na nie φ₀(T), nazywa się współczynnikiem pochłaniania.

A(T) = (wzór 1.1)

Wśród ciał, które są zarazem żródłem i odbiornikiem promieniowania, wyróżniamy ciała szare oraz ciała czarne.

Ciałem doskonale czarnym nazywamy ciało całkowicie pochłaniające padające na nie promieniowanie: A(λ , T) = 1.

Dla ciał o stałej temperaturze, wymieniających ciepło tylko za pośrednictwem promieniowania, wprowadzono pojęcie emitancji e(T). Jest to moc promieniowania na jednostkę jego powierzchni i jest równa strumieniowi energii pochłoniętej przez jednostkę powierzchni:

e(T) = (wzór 1.2)

Biorąc pod uwagę wzór 1.1. oraz fakt, że A(T) dla ciała doskonale czarnego wynosi 1, otrzymujemy:

E(T) = (wzór 1.3.)

Porównując wzory 1.2. i 1.3., otrzymamy PRAWO KIRCHOFFA.

E(T) =

Zgodnie z definicją temperatury czarnej, ciało o temperaturze rzeczywistej T_rz ma temperaturę czarną T_cz , jeżeli w przedziale Δλ promieniuje ono z takim samym natężeniem, jak ciało doskonale czarne w temperaturze T_cz. Zachodzi wtedy równość :

ΔE(T_cz) = Δe(T_rz)

ponieważ e (T_rz) = A (T_rz) E (T_rz), więc

ΔE (T_cz) = A (T_rz) ΔE (T_rz)

Ostatecznie związek między temprraturą czarną, a temperaturą rzeczywistą wyraża wzór:

, gdzie C_z = 1.44*10 ^-2 mK

Ze wzoru tego obliczyć można temperaturę rzeczywistą, lecz dużo łatwiejsze jest korzystanie z nomogramu, znając pozostałe zmienne.

L.p.	Tcz [ ^0C ]	ΔTcz	U [ V ]	ΔU	I [ A ]	ΔI	P [ W ]	ΔP	Trz [ ^0C ]	ΔTrz	ε [%]
1	1270 1290 1340 1280 1250 1250 1270 1240 1260 1280	3 -17 -67 -7 23 23 3 33 13 -7	2	0.15	1.6	0.015	3.2	0.27	1272	10
	T1= 1273	σT1= 9
	T1 = 1273 ± 9		U = 2 ± 0.15		I=1.6 ± 0.015		P=3.20 ± 0.27		Trz =1272 ±10		0.82
2	1330 1350 1320	0 -20 10	2.4	0.15	1.75	0,015	4.2	0.3	1410	31.02
	T2= 1330	σ =39
	T2 = 1330 ± 39		U =2.4 ± 0.15		I=1.75 ± .015		P = 4.2 ± 0.3		Trz =1410 ± 31		2.2
3	1400 1390 1380	-10 0 10	2.8	0.15	1.9	0.015	5.32	0.33	1480	22
	1390	25
	T3= 1390 ± 25		U =2.8 ± 0.15		I=1.9 ± 0.015		P=5.32 ± 0.33		Trz= 1480 ± 22		1.5
4	1550 1500 1460	-47 3 43	3.2	0.15	3	0.015	6.4	0.35	1615	40
	1503	112
	T4= 1503 ± 112		U =3.2 ± 0.15		I = 2 ± 0.015		P = 6.4 ± 0.35		Trz = 1615± 40		2.5
5	1580 1600 1570	3 -17 13	3.6	0.15	2.15	0.015	7.74	0.38	1680	38
	1583	38
	T5 = 1583 ± 38		U= 3.6 ± 0.15		I=2.15±0.015		P=7.74 ± 0.38		Trz=1680 ± 38		2.3
6	1650 1630 1610 1680 1690 1650 1610 1640 1690 1630	-2 18 38 -32 -42 -2 38 8 -42 18	4	0.15	2.25	0.015	9	0.4	1770	17
	1648	9
	T6 =1648 ± 9		U = 4 ± 0.15		I=2.25±0.015		P = 9 ± 0.4		Trz= 1770 ± 17		0.93
L.p.	Tcz [ ^0C ]	ΔTcz [ ^0C ]	U [ V ]	ΔU [ V ]	I [ A ]	ΔI [ A ]	P [ W ]	ΔP [ W ]	Trz [ ^0C ]	ΔTrz [ ^0C ]	ε [%]
7	1720 1730 1730	10 0 0	4.4	0.15	2.35	0.015	10.34	0.42	1880	28
	T2= 1730	σ =17
	T2 = 1730 ± 17		U =4.4 ± 0.15		I=2.35 ± .015		P=10.34±0.42		Trz =1410 ± 28		1.5
8	1780 1760 1770	10 10 0	4.8	0.15	2.45	0.015	11.76	0.44	1910	36
	1770	25
	T3= 1770 ± 25		U =4.8 ± 0.15		I=2.45± .015		P=11.76±0.44		Trz= 1910 ± 36		1.9
9	1820 1870 1850	27 -23 -3	5.2	0.15	2.55	0.015	13.26	0.35	2010	56
	1847	-63
	T4= 1847 ± 63		U =5.2 ± 0.15		I=2.55±0.015		P=13.26±0.35		Trz = 2010± 56		2.8
10	1890 1880 1900	0 10 -10	5.6	0.15	2.6	0.015	14.56	0.47	2070	31
	1890	25
	T5 = 1890 ± 25		U= 5.6 ± 0.15		I=2.6 ± 0.015		P=14.56±0.47		Trz=2070 ± 31		1.5
11	1950 1950 1970 1930 1940 1980 1940 1950 1960 1970	4 4 16 24 14 26 14 4 -6 -16	6	0.15	2.7	0.015	16.2	0.49	2180	20
	1954	5
	T6 =1954 ± 5		U = 6 ± 0.15		I=2.7±0.015		P=16.2 ± 0.49		Trz= 2180 ± 20		0.95

3. PRZYKłADOWE OBLICZENIA:

3.1. Temperatura rzeczywista.

T_cz = 1273 ± 9

, gdzie C_z = 1.44*10 ^-2 mK = 3.9168 m ⁰C

A = 0.476 - 2*10 ^-5 T_cz

λ = 650 nm = 650 *10 ^-9 m

T_rz = 1272 ⁰C

3.2. Błąd temperatury rzeczywistej /za pomocą logarytmu/.

ln1 - ln T_rz = ln 1 - ln T_cz + ln (λ/C_z ln A (T_cz))

Δ T_rz = ε T_rz = 10 ⁰C

T_rz = 1272 ± 10

3.3. Moc.

P = U I

P = 2*1.6 = 3.2 W

3.4. Błąd bezwzględny mocy.

dP = I dU +U dI

ΔP = I ΔU + U ΔI

I = 1.6 ± 0.015 A

U = 2 ± 0.15 V

ΔP = 1.6 * 0.15 + 2 * 0.015 = 0.27 W

4. WNIOSKI:

Celem ćwiczenia było określenie rzeczywistej temperatury włókna żarówki, za pomocą pirometru optycznego. Temperatura włókna zależy od mocy prądu zasilającego żarówkę i jest tym większa im większa jest moc prądu.

Błędy w tym doświadczeniu wynikają przede wszystkim z niedokładności ludzkiego oka i trudności w wychwyceniu różnic między jasnością obu włókien w urządzeniu pomiarowym. Aby częściowo wyeliminować te błędy wykonaliśmy parę pomiarów dla każdej pobieranej mocy.

---