Bazele cercetării experimentale

MASURAREA TEMPERATURILOR PRIN RADIATIA CORPURILOR

1. BAZA TEORETICA A LUCRARILOR

Temperatura reprezinta una dintre marimile care trebuie masurata în foarte multe cercetari experimentale din aproape toate domeniile de activitate si, în special, în industria metalurgica unde temperaturile de lucru variaza în limite foarte largi.

De altfel în metalurgie variatia temperaturii reprezinta principalul parametru al majoritatii proceselor: elaborare, turnare, tratamente termice, deformari plastice.

Astfel la alegerea celei mai adecvate tehnologii în cadrul unui procedeu metalurgic de elaborare sau de turnare, o importanta deosebita o prezinta cunoasterea proprietatilor fizico-chimice (viscozitate, tensiune superficiala, densitate, electroconductibilitate, etc) ale topiturilor, care, în general, pe lânga structura, compozitie chimica, etc, sunt functie si de temperatura.

De exemplu, tensiunea superficiala care influenteaza procesele de elaborare si turnare a materialelor metalice (procesele de eliminare a incluziunilor nemetalice din topituri, gradul de finete al suprafetelor obtinute, cristalizarea si, implicit, structura si proprietatile fizico-mecanice ale pieselor turnate), fenomenele de coagulare variaza în limite largi cu temperatura.

Printre metalele de masurare, generale, în cercetarile experimentale , alaturi de cele bazate pe variatia tensiunii termoelectromotoare cu temperatura, se înscriu si cele bazate pe radiatia corpurilor.

Principiul metodei din cel de-al doilea grup are la baza proprietatea corpurilor încalzite de a emite radiatii. Caracteristicile emisiei corpurilor constituie o masura pentru temperatura lor, deoarece aceasta emisie este legata de temperatura corpurilor prin legi bine definite.

Legile care definesc proprietatile de absorbtie si de radiatie a corpurilor sunt:

- legea radiatiei monocromatice

- legea radiatiei integrale

- legea de deplasare.

Legea radiatiei monocromatice este exprimata de relatia 1 si arata ca, în spectrul continuu de radiatie a corpului negru energia este repartizata uniform si deci, pentru o temperatura data, intensitatea de radiatie Ivariaza cu lungimea de unda si depinde direct de temperatura corpului:

I1= e• C1 • l-5 •

în care:

I1este intensitatea de radiatie a unui corp real;

- emisivitatea corpului, definita pentru o temperatura si o lungime de unda date (este intensitatea radiatiei pentru o lungime de unda oarecare); valorile emisivitatii sunt cuprinse între 0 si 1.

- lungimea de unda a radiatiei considerate;

C1 si C2 – constante.

Pe baza acestei relatii sunt construite aparatele de radiatie monocromatica pentru masurarea temperaturii, care sunt denumite pirometre optice. Acestea realizeaza o comparare directa între stralucirea corpului (intensitatea de radiatie pe unitatea de suprafata) a carui temperatura se masoara si stralucirea unui corp stabilita prin etalonarea dupa radiatia corpului negru. Se foloseste, în general, drept corp cu stralucire etalon o lampa fotometrica.

Legea radiatiei integrale este exprimata de relatia:

S = s • T4

în care:

s - o constanta

T – temperatura corpului care radiaza.

Aceasta lege arata ca puterea totala de radiatie corespunzatoare spectrului de frecventa radiat depinde de temperatura corpului care radiaza.

Pe baza legii radiatiei integrale au fost construite aparatele masurat temperatura, denumite pirometre de radiatie si care utilizeaza ca traductoare baterii de termocupluri miniatura sau termorezistente sub forma de pelicule fine care totalizeaza puterea de radiatie primita de la corpul a carui temperatura se masoara.

Aceste traductoare sunt constituite din baterii de termocupluri miniaturizate sau termorezistente sub forma de pelicula. Se folosesc mai ales traductoarele din elemente semiconductoare care prezinta avantaje sub aspectul sensibilitatii mari sau a coeficientului de temperatura relativ mare.

Legea de deplasare este exprimata de relatia:

T • lImax = K

în care:

lImax - lungimea de unda corespunzatoare maximului curbei intensitatii de radiatie

T – temperatura de radiatie

K – constanta.

Si exprima dependenta deplasarii maximului curbei intensitatii de radiatia monocromatica în functie de temperatura.

Metodele bazate pe aceasta lege se denumesc metode de repartizare spectrala a energiei de radiatie, iar aparatele care sunt construite pe aceasta baza se denumesc pirometre de culoare.

2. SCOPUL LUCRARII

Lucrarea are drept scop masurarea temperaturii lichidelor prin metoda bazata pe radiatia corpurilor.

3. INSTALATIA FOLOSITA

Pentru masurarea temperaturii unor corpuri calde prin metoda optica fara contact se foloseste un pirometru optic, monocromatic cu disparitia filamentului tip PIRO 21.

Schema acestui pirometru este prezentata în figura nr. 1.

Aparatul se compune din:

- lampa pirometrica

- sistem optic de vizare