Оптическая схема и конструкция пирометра ЛОП-72

Работа пирометра основана на измерении квазимонохроматической яркости излучения нагретого объекта путем уравнивания ее с яркостью эталона. В качестве эталона яркости используется пирометрическая лампа, для которой задана зависимость температуры нити от тока, протекающего по ней. Изображение источника излучения, температуру которого хотят измерить, с помощью объектива проецируется в плоскости нити пирометрической лампы. Наблюдатель, смотрящий в окулярный микроскоп, видит нить пирометрической лампы на фоне изображения источника излучения. Изменяя силу тока в пирометрической лампе, уравнивают яркость нити лампы с яркостью измеряемого объекта. Температура объекта определяется согласно “Свидетельству о государственной поверке” по величине тока, протекающего по нити пирометрической лампы в момент уравнивания яркостей нити и изображения источника излучения (никелевой пластинки). Оптическая схема пирометра приведена на рис.10.1.

В оптическую схему пирометра входят объектив 2, микроскоп 6, являющийся окуляром пирометра, пирометрическая лампа 4, светофильтры 5, поглотители 1, 3.

Микроскоп обеспечивает четкую видимость нити пирометрической лампы. Для устранения влияния отраженного света при фотометрировании баллон пирометрической лампы изготовлен со скошенными торцами. Дугообразная вольфрамовая нить лампы диаметром 100 мкм с одной стороны ошлифована на половину диаметра. Нить лампы ошлифованной стороной обращена к микроскопу (наблюдателю). Поглощающие стекла 1 и 3 предназначены для расширения диапазона измеряемых температур. Красные светофильтры служат для монохроматизации светового потока.

Общий вид пирометра показан на рис. 10.2. Пирометр оптический

ЛОП-72 представляет собой телескоп, состоящий из объектива 7 и окулярного микроскопа 11, оправы которых закреплены в корпусе пирометра. В верхней части оптической системы размещены: лампа пирометрическая 9, сектор со светофильтрами 10, сектор с поглощающими стеклами 8 и реостат с секциями грубой регулировки 13 и тонкой регулировки12, имеющими плавный ход. Для реостата указано направление вращения ручек, соответствующее увеличению тока пирометрической лампы. Реостат позволяет установить ток в интервале от 0,3 до 0,6 А с точностью 10 мкА, при напряжении источника в пределах от 4 до 6 В.

Поворотом ручки1 оптическая система пирометра перемещается в вертикальном направлении в пределах 100 мм, а ручкой 5 фиксируется в выбранном положении. При необходимости поворота в горизонтальной плоскости или наклона пирометра следует ослабить ручку 4 и вручную повернуть или наклонить оптическую систему пирометра, после чего зафиксировать выбранное положение. Конструкция пирометра обеспечивает поворот оптической системы на угол 360⁰ и наклон его на угол 15⁰. Подставка пирометра 14 имеет опоры, позволяющие плавно наклонять оптическую ось прибора в пределах 3⁰.

Для получения четкого изображения объектов, расположенных на различных расстояниях от прибора, путем вращения наружного кольца 7 объектив пирометра перемещается вдоль оптической оси. Перемещение окуляра микроскопа 11 вдоль оптической оси обеспечивает необходимую диоптрийную наводку.

Пирометр имеет пирометрическую лампу 9, которая закреплена в патроне. Для расширения температурной шкалы пирометр снабжен сектором 8 с поглощающими стеклами и съемным поглотителем 6. С помощью ручки 12 поворотный механизм сектора поглотителей 8 обеспечивает введение нужных стекол в поле зрения окуляра микроскопа. Для монохроматизации светового потока используется сектор 10 со светофильтрами. С помощью ручки 3 поворотный механизм сектора 10 обеспечивает введение соответствующих светофильтров в поле зрения окуляра микроскопа.

Работа с пирометром ЛОП-72

Для измерения температуры светящегося объекта пирометром ЛОП-72 необходимо следующее.

1. Установить прибор перед измеряемым объектом на расстоянии 700 - 1000 мм.

2. Снять защитные крышки (если они имеются) с объектива и окуляра.

3. Убедиться в том, что источник стабилизированного напряжения 2 и измерительный прибор 1 подключен к пирометру согласно измерительной схеме (рис. 10.3).

4. Увеличением тока в цепи при помощи реостата (рукоятка 13, см. рис.10.2) обеспечить видимое свечение нити лампы.

5. Добиться четкого изображения нити лампы перемещением окуляра микроскопа. Вершина нити пирометрической лампы должна находиться в центре поля зрения окуляра.

6. Установить сектор светофильтров 10 (см. рис. 10.2) в положение 1, а сектор поглотителей 8 – в положение 2.

7. Наводку пирометра на исследуемый объект произвести следующим образом:

a) ослабить ручку 4 (см. рис. 10.2) и навести оптическую систему 6 (см. рис. 10.1) на объект, температуру которого необходимо измерить (в нашей работе никелевую пластинку), ручкой 4 зафиксировать выбранное положение;

б) вращением кольца 7 добиться четкого изображения исследуемого объекта в поле зрения окуляра. При этом изображения объекта и нити пирометрической лампы, полученные с помощью перемещения окуляра микроскопа 11, должны быть одинаково четкими.

8. Добиться исчезновения рабочего участка нити на фоне изображения объекта измерения (произвести фотометрирование), регулируя накал нити пирометрической лампы с помощью реостатов грубой и тонкой регулировки. К моменту уравнивания яркостей подходить то со стороны большей, то со стороны меньшей яркости пирометрической лампы (по отношению к яркости объекта).

9. Измерить силу тока, протекающего по нити лампы.

10. После окончания измерений реостат установить в крайнее левое положение, отключить источник питания. Оптическую систему закрыть крышками.

Выполнение работы

1. У отключенной от сети лабораторной установки снять защитный кожух и ознакомиться с основными узлами электрической схемы нагрева никелевой пластины. Записать температуру окружающей среды Т₀.

2. После ознакомления с электрической схемой питания никелевой пластины закрыть ее защитным кожухом.

3. Убедившись, что рукоятка регулировки напряжения ЛАТРа стоит на минимуме, подать на автотрансформатор напряжение 220 В от сети.

4. Увеличивая (следя за показаниями ваттметра) потребляемую пластиной мощность от N₁ до N₂, где N - число делений ваттметра, разогреть пластину. Сделать первый замер. Установить пределы ваттметра: U=150 B, I= 5 A. При этом цена делений шкалы ваттметра равна 5 Вт. Мощность вычисляется по формуле

,

где К_ТР - коэффициент трансформации установки.

Пределы числа делений шкалы ваттметра N₁ (нижний предел) и N₂ (верхний предел) для каждой установки задаются преподавателем либо лаборантом (или указываются в приложении к установке).

5. Изменяя мощность (в сторону уменьшения), сделать в указанных пределах 5 - 7 измерений, фиксируя каждый раз значение мощности и соответствующее значение тока пирометрической лампы. Данные занести в табл. 10.1.

Таблица 10.1

6. Пользуясь градуировочной кривой, определить значение температуры пластинки Т и рассчитать соответствующие значения постоянной Стефана - Больцмана (см. работу 9). Степень черноты Ки площадь пластинки S должны быть заданы.

7. По результатам вычислений определить среднее значение < s >.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Тепловое излучение.

2. Величины, характеризующие излучение и излучающие тела.

3. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения для абсолютно черных тел.

4. Принцип определения постоянной Стефана - Больцмана (в данной работе).

5. Фотодиод. Устройство и принцип действия.

6. Порядок выполнения работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ