Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Восточно-Сибирский государственный технологический
университет»
(ГОУ ВПО ВСГТУ)
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
Методическое указание к выполнению лабораторной
работы
Составители:
Лыгденов Б.Д.,
Старова О.В.
Улан-Удэ
Издательство ВСГТУ
2006
Методическое указание рекомендовано для выполнения
лабораторной работы студентами специальности 261101
«Технология художественной обработки материалов» по курсу
«Художественное материаловедение». Для измерения высоких
температур сплавов, студент знакомится с устройством
оптического пирометра и приобретает навыки работы с ним.
-
температура плавления
пирометр
закон Стефана-Больцмана
миллиамперметр
термодинамическая температура
Лабораторная работа
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
Многие сплавы, применяемые в художественной
обработке, имеют температуру плавления более 15000С. Для
измерения высоких температур используют специальные
приборы - оптические пирометры. В основе работы этих
приборов лежит регистрация теплового излучения,
испускаемого нагретыми телами. Согласно закону СтефанаБольцмана энергетическая светимость (энергия, излучаемая
единицей поверхности нагретого тела в единицу времени)
зависит от абсолютной температуры в четвертой степени:
R = σT 4 ,
где σ - константа Стефана—Больцмана, равная 5,67 • 10 -8
Вт/м2 К-4 .
Таким образом, измеряя светимость нагретого тела,
можно определить его температуру. Закон Стефана—
Больцмана справедлив только для абсолютно черных тел.
Для других тел приходится вводить некоторые поправочные
коэффициенты,
которые
учитывают
несовпадение
термодинамической температуры нагретого тела с его
яркостной.
При
этом
всегда
термодинамическая
температура несколько выше яркостной, определенной по
закону Стефана—Больцмана. Эта разница при температурах
выше 1000 °С может достигать 50 и более градусов. В
общем случае поправка к показаниям пирометра ∆T дается
эмпирическим соотношением
aλT 2 k
∆T =
,
hc
где а — величина, зависящая от длины волны λ,
температуры T и природы нагретого тела; k - постоянная
Больцмана; h — постоянная Планка; с — скорость света. На
3
практике проводят не абсолютное измерение светимости
нагретого тела, а сравнение его светимости со светимостью
некоторого эталонного нагретого тела. В качестве такого
эталонного
нагретого
тела
используют
спирали
специальных электрических (пирометрических) ламп. Если
на фоне нагретого до некоторой температуры тела
расположить нить такой электролампы, то, регулируя ток,
проходящий через лампу, можно добиться того, что нить не
будет видна на фоне нагретого тела, т.е. светимости
нагретого тела и нити лампы сравняются. При этом шкала
миллиамперметра, измеряющего ток, проходящий через
лампу, калибруется в шкале температур яркости нити
лампы. Тем самым прибор дает непосредственное значение
яркостной температуры нагретого тела. С учетом поправки
Л Г термодинамическая температура может быть
определена по формуле
Ттерм =Тярк+ ∆T
4
Рис.1. Схема пирометра
Простейшая
схема
лабораторного
пирометра
представлена на рисунке 1. Основу прибора составляет
зрительная труба с объективом 4 и окуляром 1. Объектив
проектирует изображение некоторого участка поверхности
нагретого тела в плоскость расположения нити
пирометрической лампы 3. Полученное изображение
рассматривает наблюдатель через окуляр 1, в котором
расположен красный фильтр 2. Лампа питается от
отдельного источника. Ток накала лампы регулируется
потенциометром б и регистрируется миллиамперметром 5.
Шкала миллиамперметра прокалибрована непосредственно
в градусах Цельсия.
В настоящей работе проводится измерение температуры
плавления хромоникелевых и хромокобальтовых сплавов
методом оптической пирометрии.
Порядок проведения работы.
1. Положить образцы исследуемых сплавов в
фарфоровые тигелечки и поместить их в муфельную печь.
2. Включить муфельную печь в сеть и нагреть образцы
до температуры плавления.
3. Направить объектив пирометра на поверхность
расплавленного образца и, вращая переднюю оправу
объектива, добиться четкого изображения нагретой
поверхности на фоне нити пирометрической лампы.
4. Изменяя ток накала лампы с помощью
потенциометра, добиться исчезновения нити на фоне
раскаленной поверхности нагретого тела.
5. По шкале миллиамперметра определить яркостную
температуру тела.
6. Провести аналогичные измерения для другого
образца.
7. Сравнить полученные значения температур
плавления с табличными и определить поправку.
Контрольные
вопросы.
5
1.
В
чем
сущность
оптической
пирометрии?
2. Какие преимущества имеет метод оптической
пирометрии по сравнению с другими методами измерения
температур?
3. Почему термодинамическая температура не
совпадает с яркостной?
4. Для чего в пирометре применяют красный
светофильтр?
5. Почему пирометрами измеряют только высокие
температуры?
Подписано в печать 18.10.2006 г.
Формат 60х84 1/16
Усл.п.л. 0,46. Тираж 100 экз.
Заказ № 216
6