Технологиялық Өлшеулер мен аспаптар
жүктеу/скачать 0,61 Mb.
|
Коммерциялық емес акционерлік қоғам
- Бұл бет үшін навигация:
- 7.1 Теориялық кіріспе
- 8 дәріс. Жылулық сәулеленуді ӨҚ. Сәулелену пирометрі.
| Дәрістің мазмұны:
- жылулық сәулелену, абсолютті қара дене, денелердің сәулелену қасиеті, жарықтық және түстілік (цветовая) температурасы. Дәрістің мақсаты: - нақты денелердің және абсолютті қара дененің жылулық сәулеленуі, денелердің жарықтық сәулеленуі арқылы температурасын өлшеудің жарықтық және түстілік әдістерінің теорияларын оқып-білу. 7.1 Теориялық кіріспе Температуралары абсолютті нөлден үлкен барлық физикалық денелер жылулық сәуле шығарады. Жылулық сәулелену – заттың ішкі энергиясы есебінен пайда болатын электромагниттік сәулелену. Жылулық сәулеленудің қарқындылығы дененің температурасы төмендеуінен бірден кемиді. Қатты және сұйық денелердің көбісінің сәулелену спектрі толық (сплошной), яғни λ ұзындықтағы барлық сәулелерді шығарады. Адамның көзіне көрінетін (жарық): λ = 0,40—0,75 мкм. Инфрақызыл (көрінбейтін жарық): λ = 0,75—400 мкм. Ары қарай радиосәулелік диапазон. Ультракүлгін (көрінбейтін): λ < 0,40 мкм. Ары қарай рентгендік және гамма-сәулелер. Дененің температурасын оның жылулық сәулеленуі арқылы анықтайтын құралдар сәулелену пирометрі деп аталады. Пирометрлер 300—6000 оС диапазонындағы температураны өлшеуге арналған. Пирометрлер контактсыз болғандықтан, 3000 оС жоғары температураны өлшеуде жалғыз ӨҚ болып табылады (контактсыз - температурасы өлшенетін ортамен тікелей қатынасы болмайды). Теориялық тұрғыдан пирометрлердің өлшеу шегі шексіз. Пирометрлерде көбінесе көрінетін жарық пен инфрақызыл диапазон қолданылады. Денелердің температурасын оның жылулық сәулеленуі арқылы өлшеу абсолютті қара дене үшін алынған заңдылықтарға негізделген. Егер дененің сыртқы бетіне Ф сәулелік энергияның ағыны түссе, онда ол жарым-жартылай Фп жұтады, Фот шағылыстырады және Фпр өткізеді. Осы ағындардың арақатынасы дененің қасиеттеріне байланысты және жеке жағдайда оның бетінің қалпына байланысты (бүдірлік дәрежесіне, түсіне, температурасына). Егер дене түсетін сәуле ағынының барлығын жұтып алатын болса, онда оның жұту коэффициенті және ондай дене абсолютті қара дене деп аталады. Нақты денелер абсолютті қара болмайды және олардың кейбіреулері ғана оптикалық қасиеттері бойынша оған жақын, мысалы мұнай күйесі, платина күйесі, қара барқыт, көрінетін жарық аймағында олардың α-сы 1-ге жуық. Денелердің сыртқы беті жарықты тек жұтып қана қоймай, температураға байланысты өзінің сәулесін шығарады. Кирхгоф заңына сәйкес денелердің сәуле шығару қасиеті олардың жұту коэффициентіне пропорционал. Өйткені абсолютті қара дененің жұту коэффициенті αабс.қ.д. =1, онда оның сәулелену қасиеті максималды. Периометрияда денелердің жылулық сәулеленуін сипаттайтын шамалар ретінде энергетикалық сәулелену (излучательность) және энергетикалық жарықтық (лучистость) қолданылады. Олар толық және спектрлік сәулелену мен жарықтық болып бөлінеді. Толық энергетикалық сәулеленуді толық (интегралды) сәулеленетін қуатының беттік тығыздығы деп түсіну қажет. Дененің энергетикалық жарықтығы – бұл бірлік бұрыштан алынған сәулелену қуаты (сәуле түскен бағытқа перпендикуляр дененің бетінің бірлік ауданынан алынады). Энергетикалық жарықтық адамның көзі арқылы қабылданады және де температураны жылулық сәулеленуге негізделіп өлшейтін барлық пирометрлер үшін негізгі шама болып табылады. Барлық нақты денелер сәулелік энергияны жұту дәрежесіне байланысты қара денеден айырмашылығы бар және жұту коэффициенті α<1. Нақты денелердің сәулелену қасиеті де қара дененің сәуле шығару қасиетінен ерекшеленеді және де толық ε және спектрлік ελ сәулелену коэффициенттерімен сипатталады. Нақты денелер бірдей температурада әртүрлі сәулелену қасиеттеріне ие, оны абсолютті қара дененің сәулелену қасиетіне байланысты бағалайды. , (7.1) мұнда ελ – спектрлік сәулелену коэффициенті (монохроматты сәулеленудің қаралық дәрежесі); ε – толық сәулелену коэффициенті (толық сәулеленудің қаралық дәрежесі); Еλ, Еλ* - спектрлік энергетикалық сәулелену; Вλ, Вλ* - спектрлік энергетикалық жарықтық (көзбен көрінетін); Е, Е* - толық энергетикалық сәулелену. * белгісі абсолютті қара денеге сәйкес, ελ λ толқын ұзындығы мен Т температурасының функциясы болып табылады. ελ температураға және λ тәуелді болмаса, онда ол денені сұр деп атайды. Абсолютті қара дененің спектрлік энергетикалық сәулеленуі Еλ*, оның температурасы Т және λ толқын ұзындығы арасындағы тәуелділігі Планк заңы деп аталады (7.1 сурет) , (7.2) мұнда с1, с2 – тұрақты шамалар. Т аңдалған λ үшін температура жоғарлауына байланысты Еλ* немесе Вλ* бірден өседі, өйткені Вλ*=kλ∙ Еλ*. (7.3) Көрсетілген факт дененің температурасын жоғары сезгіштікпен спектрлік жарықтығы арқылы өлшеуге мүмкіндік береді. 7.1 Сурет – Планк заңы бойынша салынған Еλ* қисықтар жиыны Графиктен (7.1 сурет) температура жоғарылаған сайын λmax кемитіні көрініп тұр. Абсолютті қара дененің температурасы төмендеген сайын оның сәулелену энергиясының максимум таралуы спектрдің ұзын толқындық аймағына жылжиды. Міне осы жағдай денелердің жарықтық температурасын өлшеуде спектрдің инфрақызыл аймағын қолдануға негіз болды. Өзінің ελ бар нақты денелер үшін Вλ = ελ∙ Вλ* (7.4) Егер нақты денелер бірдей температурада болса, онда ελ айырмашылығына байланысты Вλ өлшенген мәндері өзгеше болады. Сондықтан әртүрлі объекттердің нағыз температурасында градуирленген аспаптың барлығына бірдей шкала қолдануға мүмкіндік бермейді. Осыған байланысты пирометр шкаласын қара дененің сәулеленуіне сәйкес градуирлеуге тура келеді. Нақты денелердің сәулелену қасиеті қара дененікіне қарағанда аз болғандықтан, пирометрдің көрсетуі нақты денелердің жалған температурасына сәйкес келіп, шартты температураны көрсетеді, яғни жарықтық температурасын береді. Нақты дененің жарықтық температурасы деп абсолютті қара дененің спектралді жарықтығы В*(λ,Тж) нағыз Т температурада нақты дененің спектральді жарықтығына В(λ,Т) тең келетін абсолютті қара дененің температурасын айтады. (7.2), (7.3), (7.4) пайдалана отырып, мынаны аламыз . (7.5) Мұнда көрініп тұрғандай жарықтық температура әрқашанда нағыз температурадан кем болады, өйткені ελ < 1. Спектрдің көрінетін бөлігіндегі жарықтық температураны өлшеуге арналған аспаптарды оптикалық және фотоэлектрлік пирометрлер деп атайды. Спектрдің көрінетін бөлігінде λmax ығысуы (7.1 суретті қараңыз), сондықтан дене температурасының өзгеруінен пайда болатын энергияның таралуы оның түсінің өзгеруіне әкеледі. Бұл жағдай денелердің температурасын өлшеудің түстілік әдісіне негіз болады. Спектрдің көзге көрінетін бөлігінде екі спектрлік интервалдағы энергетикалық жарықтыққа қатысты түстілік температурасын өлшеу әдісі кең тараған. Т температурадағы нақты дененің түстілік температурасы деп λ1 және λ2 ұзындықтарында нақты дененің спектрлік энергетикалық жарықтықтарының қатынасы абсолютті қара дененің спектрлік жарықтықтарының қатынасына тең болғандағы абсолютті қара дененің температурасын айтады. екені белгілі. (7.2), (7.3), (7.4) ескере отырып келесіні аламыз (7.6) Сұр денелер үшін λ1 = λ2 және , онда . Практикада нақты денелер сұр дене ретінде саналады: керамика, металл тотықтары, отқа төзімді материалдар, гранит және т.б. Түстілік әдістің артықшылығы айдан анық, өйткені жарықтық температура түстілік температураға қарағанда нағыз температурадан төменірек. Спектрлік энергетикалық жарықтыққа қатысты жарықтық температурасын өлшейтін аспаптарды спектрлік қатынас немесе түстілік пирометрлері деп атайды. Тақырыпқа қатысты қосымша мәліметті [4-7,11] алуға болады. №8 дәріс. Жылулық сәулеленуді ӨҚ. Сәулелену пирометрі. жүктеу/скачать 0,61 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|