-
Lucrarea V
MSURAREA TEMPERATURILOR NALTE
5.1. Termocuplul Teoria efectului termoelectric, termocuplul
etalon i procedeul de etalonare al unui
termocuplu au fost prezentate pe larg n lucrarea I ,,Msurarea
temperaturii cu ajutorul termocuplului. Din acest motiv aici se
presupun cunoscute noiunile cuprinse n lucrare menionat, lucrarea
de fa fiind dezvoltat n sensul construirii unui termocuplu i
msurrii cu ajutorul su a unor temperaturi nalte.
Alegerea materialelor necesare pentru termocuplul ce urmeaz a fi
construit este funcie de interval de temperatur pentru care va fi
folosit, avnd o importan deosebit temperatura maxim.
Materialele folosite la confecionarea termocuplelor trebuie s
fie obinute cu un grad mare de puritate, s dea indicaii
reproductibile, s aib o variaie liniar a tensiunii
termoelectromotoare n raport cu temperatura i o sensibilitate t mai
mare.
n tabelul de mai jos sunt date termocuplele mai des folosite,
compoziia procentual C, intervalul de temperatur pe care lucreaz Dt
i sensibilitatea medie S :
Termocuplul C, % t, C S, grdV
Platinrhodiu + Platin Cromel + Alumel Cupru + Constantan Argint
+ Constantan Nicrom + Constantan Platinrhodiuaur + Paladiu
90Pt + 10Rh 90Ni + 9,8Cr + 0,2Mo 94Ni + 2A1 + 1Si + 3Mn 54Cu +
46Ni 54Cu + 46Ni 54Cu + 46Ni 70Ni + 30Cr
+ 250 200 185 200
0 0 0
+1700 + 1100 + 5500
+ 600 + 700 + 700
+ 1250
9,5 41 40 56 41
Cel mai important este termocuplul Platinrhodiu + Platin adoptat
ca termocuplu
etalon de Sistemul Internaional de Uniti i folosit pentru
etalonarea altor termocuple. Pentru lucrarea de fa a fost ales
termocuplul cupru + constant. Constantul este un
aliaj ce conine n principial Cu (45 60 %) i Ni (40 55 %). Pentru
mrirea sensibilitii termoelectrice sau pentru mbuntirea altor
caliti, n aliajul respectiv la formare se adaug mici procente de
Fe, C, Mn.
Pentru confecionarea acestui termocuplu i msurarea temperaturii
cu ajutorul su, sunt necesare urmtoarele materiale i aparate : srm
de cupru i de constantan, srm
polHighlight
-
de conexiuni, electrozi de crbune, redresor alimentator,
milivoltmetru i vas pentru ap cu ghea.
Este necesar realizarea schemei de lucru din figura 1a :
Fig. 1
Pentru ramura AB a circuitului este necesar o srm de constantan
de 1 m lungime,
iar pentru ramurile AC i BD cte 0,9 m srm de cupru. Pentru
efectuarea sudurilor se desizoleaz cte un capt (pe o lungime de
~ 1 cm) al celor dou fire de cupru, prin rzuirea emailului
izolator cu ajutorul unei lame sau cuit. Cele dou perechi de capete
ale firelor de cupru i constantan se mpletesc pe o poriune mic (~
1,5 cm). Cele dou mpletituri se interpun pe rnd ntre cei doi
electrozi de crbune alimentai prin conductori izolai de la un
redresor cu seleniu, conform schemei din figura 1b.
Redresorul se alimenteaz la 220 V c.a. i se regleaz curentul i
tensiunea n circuitul electrozilor pentru ca ntre ei s se produc un
arc electric suficient de puternic pentru a topi capetele celor dou
metale. Dup constatarea topirii se ndeprteaz electrozii
deschizndu-se astfel circuitul lor electric i cele dou fire n urma
rcirii n aer rmn sudate. Un arc slab nu reuete s topeasc metalele,
de aceea se va acorda mult atenie reglrii curentului i tensiunii n
circuitul electrozilor, lucru ce trebuie s se fac n prezena unui
cadru didactic.
n continuare se realizeaz schema prezentat conectnd n circuit
milivolt-metrul prin legarea la bornele sale a celorlalte dou
capete ale firelor de cupru, numai dup ce au fost desizolate. Una
dintre suduri se introduc ntr-un vas care conine ap cu ghea (0C),
iar cealalt n mediul a crui temperatur se va msura. Acesta este un
cuptor electric care, alimentat la 220 V c. a., se nclzete pn la
1200C.
Aa cum am mai spus, n lucrarea de fa nu vom mai proceda la
etalonarea termocuplului, ci direct la msurarea unei temperaturi
necunoscute.
ntr-o prim aproximaie ntre tensiunea termoelectromotoare i
temperatur exist o relaie liniar
E = S t , (1) unde S este sensibilitatea medie a termocuplului
pe intervalul de temperatur t msurat de la 0C.
Pentru termocuplul cupru + constantan, aa cum se arat n tabelul
dat
grdVS = 40 .
n acest fel indicaiile milivoltmetrului sunt transformate uor n
grade Celsius prin relaia
SEt = (2)
-
5.2. Pirometrie
Pirometria se ocup cu producerea i msurarea temperaturilor
nalte. Radiaiile sunt emise de corpuri sub forma undelor
electromagnetice ntr-o gam
larg de lungimi de unde. Radiaia constituie unul din modurile de
propagare a cldurii. Un corp poate emite energie sub form de
radiaii, sau poate primi radiaiile emise de alte corpuri. Orice
corp radiaz energie chiar la temperaturi joase.
Spectrul vizibil fiind cuprins aproximativ ntre 0,4 0,8 m, la
temperaturi mai mici de 525C, energia emis nu este vizibil,
lungimea de und respectiv fiind mai mare de 0,8 m. n acest domeniu,
radiaiile sunt infraroii (calorice). Prin nclzire, corpurile emit
dup radiaiile infraroii, radiaii cuprinse n rou nchis, galben i mai
trziu alb strlucitor, n care radiaiile au cele mai diverse lungimi
de und.
Temperatura corpurilor nclzite determin cantitatea total de
energie emis, precum i compoziia spectral a acestei energii.
Dependena de temperatur a radiaiei emise de corpurile calde a
permis alctuirea metodelor pirometrice pentru msurarea
temperaturilor nalte.
Cnd lumina sau radiaiile electromagnetice, n general, ntlnesc un
corp, o parte se reflect pe suprafaa corpului, iar cealalt parte
ptrunde n interior, fiind absorbite parial sau total.
Legile radiaiei termice care stau la baza pirometriei sunt
stabilite pentru un corp care absoarbe n totalitate radiaiile
incidente. Deoarece proprietatea de a absorbi cea mai mare parte a
radiaiilor incidente o au corpurile de culoare neagr (negru de
platin, negru de fum), un astfel de corp absorbant integral a
primit denumirea de corp negru. n natur nu exist corpuri absolut
negre, deci perfect absorbante.
n laborator se poate crea un corp negru sub forma unei incinte
sferice nnegrite pe suprafaa interioar i avnd un mic orificiu prin
care pot ptrunde radiaiile. Cnd o relaie ptrunde n aceast incint,
sufer reflexii multiple i la fiecare reflexie este parial absorbit.
Dup un numr suficient de mare de reflexii, se poate spune c radiaia
a fost
complet absorbit. n acest fel se realizeaz practic un corp negru
(Fig. 2).
Dac sfera absorbant este confecionat din porelan cu coeficientul
de absorbie al peretelui 0,5, o radiaie care ptrunde n sfer se
reflect de 10 ori, este absorbit astfel nct, ceea ce mai poate iei
afar este neglijabil. ntr-adevr, coeficientul total de absorbie,
dup cele 10 reflexii succesive, este de 0,999, deci foarte apropiat
de unitate i
se poate vorbi, n acest caz, de un corp negru. Energia absorbit
de un corp se transform n cldur i corpul se nclzete. La
temperaturi ridicate, corpul nclzit emite lumin vizibil care
trece treptat de la rou nchis la alb strlucitor.
nainte de a prezenta legile fizice ale pirometriei, este necesar
s definim mrimile cu care se lucreaz n acest domeniu.
Fluxul energetic sau fluxul radiant este exprimat prin raportul
dintre energia radiat de un corp incandescent i timpul respectiv.
Sub form diferenial, fluxul energetic se scrie:
Fig. 2
-
dt
dW= (3) Intensitatea energetic I a unui izvor de radiaii
punctiform ntr-o direcie dat, este
exprimat prin raportul dintre fluxul energetic emis i unghiul
solid elementar respectiv
dtdWd
ddI ==
2 (4)
Strlucirea energetic B sau luminana energetic a unui izvor de
radiaii ntr-un punct al su i ntr-o direcie dat care face cu normala
la suprafa un unghi b, este exprimat prin raportul dintre
intensitatea energetic elementar n direcia considerat i proiecia
suprafeei elementare care cuprinde acel punct, pe un plan
perpendicular direciei date:
== cosdSdI
SddIB (5)
Radiana energetic R sau puterea emisiv a suprafeei unui izvor de
radiaii ntr-un punct al su este exprimat prin raportul dintre
fluxul energetic emis de o suprafa elementar care cuprinde acel
punct i acea suprafa:
dSdR = (6)
ntre radian i strlucire exist relaia: BR = (7) La baza studiului
radiaiilor emise de corpurile calde se afl o serie de legi
experimentale descoperite n principal n ultima sut de ani. Legea
lui Kirchhoff arat c ntre energia V ce poate fi radiat de un corp i
energia
A ce poate fi absorbit de acelai corp, exist un raport care
depinde de temperatura absolut i lungimea de und, i nu depinde de
natura corpului
( )==== ,2
2
1
1 TfAW
AW
AW
n
nK (8)
Legea Stefan-Boltzmann arat c radiaia corpului negru, adic
energia emis n toate direciile de unitatea de suprafee a unui corp
n unitatea de timp, este proporional cu puterea a patra a
temperaturii absolute:
R = T4 (9) Coeficientul de proporionalitate se mai numete
coeficient de radiere al corpului
negru, sau constanta Stefan-Boltzman. n Sistemul Internaional de
Uniti, se msoar n:
[ ] 42KmW
SI = Dup determinrile cele mai exacte, are valoarea:
428- 10 672,5
KmW=
Aa cum s-a mai spus, n natur nu exist corpuri absolut negre.
Corpurile reale absorb numai o parte din radiaiile incidente i se
numesc corpuri cenuii.
Radiana Rc a corpului cenuiu la temperatura T este mai mic dect
cea a corpului negru la aceeai temperatur, astfel c legea
Stefan-Boltzmann pentru corpurile cenuii se scrie
Rc = T T4 (10)
-
Mrimea T se numete factor energetic de emisie sau coeficient de
nnegrire. Pentru corpurile cenuii (reale), coeficientul T depinde
att de temperatur, ct i
de natura materialului, aa cum se arat n tabelul 2: Tabelul
2
Materialul i caracterul suprafeei t, C T Aluminiu lustruit
Wolfram Fier lustruit Font lustruit Aur lustruit Sticl neted Ap
Lemn de construcie
225 75 230 2230 425 1020
200 225 625
22 0 100
20
0,039 0,057 0,053 0,31 0,144 0,377 0,21 0,018 0,035 0,8 0,9 0,95
0,96 0,8 0,9
Radiaia Rc a unui corp cenuiu la temperatura T poate fi emis i
de un corp negru, dar la o temperatur mai mic Tr, numit temperatur
de radiaie
Rc = T4r (11) Din relaiile (10) i (11) se deduce c
Tr4 = T T4, sau
4
T
rTT = (12) Cu ajutorul acestei relaii, se calculeaz temperatura
real a corpului cald,
cunoscnd temperatura Tr a corpului negru care produce aceeai
radian i factorul energetic T al corpului.
Temperatura de radiaie se msoar cu pirometrul cu radiaie total.
Legea lui Planck descrie repartizarea energiei radiate de un corp
negru nclzit pe
diferitele lungimi de und din spectrul emis. Cnd temperatura
corpului negru variaz, se schimb i energia transportat de fiecare
radiaie monocromatic.
Legea lui Planck stabilete c radianta spectral R(, T), adic
energia emis n tot spaiul de ctre unitatea de suprafa n unitatea de
timp corespunztoare unei anumite lungimi de und i temperaturi T,
este dat de relaia:
( )1
12, 52
=
kTchc
hcTR (13)
unde c este viteza luminii n vid (c = 2,998 108 m/s), h
constanta lui Planck (h = 6,625 10-34 J s), iar k este constanta
lui Boltzmann (k = 1,38 10-23 J/K).
Dac se definete strlucirea spectral B(, T) ca intensitatea
energetic a unitii de suprafa corespunztoare unei anumite lungimi
de und i temperaturi T, ntre aceast mrime i radiana spectral, exist
relaia
R(, T) = B(, T) (14) Pentru radiaiile vizibile sau din infraroul
apropiat, la temperaturi nu foarte nalte
(pn la la 3000K), se poate neglija la numitorul legii lui Planck
(13) unitatea fa de exponenial i rezult
-
( ) kThc
chcTR
= 2, 5
2
Dac se noteaz C1 = 2c2h ,
khcC =2 ,
se obine ( ) TC
cCTB
=2
51 , (15)
Aceast relaie este cunoscut i sub denumirea de formula lui Wien
i permite aflarea temperaturii absolute T a unui corp negru, cnd se
cunoate strlucirea spectral corespunztoare radiaiei n spectrul
emis.
Pentru corpurile cenuii, strlucirea spectral Bc(, T) este mai
mic dect cea a corpului negru i formula lui Wien, se scrie n acest
caz
( ) TC
TcCTB
=
2
51
, e , (16)
unde ,T reprezint factorul energetic de emisie corespunztor
lungimii de und i temperaturii T. ,T se mai numete i coeficient de
radiaie monocromatic.
Se poate spune c la temperatura T, corpul cenuiu produce aceeai
strlucire spectral a radiaiei , ca i corpul negru la o temperatur
mai joas Ts, numit i temperatur de strlucire.
Dup formula lui Wien, putem scrie
sTC
TC
T eCeC
=
2
51
2
51
,
de unde
= TsTC
T e112
, . Prin logaritmare, se obine n continuare
Ts
nCTT ,2
111 += Constanta C2 are valoarea
23-
8-34
210 38,1
10 2,998 10 625,6==khcC
C2 = 1,439 10-2 mK . De obicei, n msurtori pirometrice se
folosete radiaia roie cu
m= 65,0 prin urmare,
TsTT
,log9625111
+= (17)
-
Dac se determin temperatura de strlucire Ts i se cunoate
coeficientul de radiaie monocromatic ,T, se poate afla temperatura
real T a corpului cenuiu studiat.
Pentru aflarea temperaturii de strlucire Ts, se compar
strlucirea spectral a corpului cenuiu cu aceea a corpului negru,
pentru aceeai radiaie .
Compararea strlucirilor spectrale se face cu ajutorul
pirometrului optic monocromatic, numit i pirometru cu dispariie de
filament.
Legea lui Wien arat c produsul dintre temperatura T a unui corp
cald i lungimea de und maxim s a radiaiei emise este constant
sT = const (18) Aceast lege explic variaia culorii (strlucirii)
unui corp nclzit. Pe msur ce
temperatura crete, maximul energiei radiate se deplaseaz spre
lungimi de und mici (spre ultraviolet), de aceea legea (18) se mai
numete legea de deplasare a lui Wien, descoperit n 1893.
Legea lui Wien este o consecin a legii lui Planck, care are
semnificaia unei funcii de distribuie a energiei emise de un corp,
dup diferite lungimi de und.
Dac se face derivata funciei (17) n raport cu (la o temperatur
constant), i se egaleaz cu zero, se obine legea lui Wien
0
11
1525
2
6
2=
+
kThc
kThc
kThc
e
kThcehc
e
hc
965,4 , 51
, === xexe
kThcx x
x
k
hcTkThc
m 965,4 , 965,4 == (19)
mkTm310896,2 =
Aceast relaie reprezint tocmai legea de deplasare a lui Wien
(18). Legea tefan-Boltzmann (9) este, de asemenea, o consecin a
legii lui Planck. La o temperatur dat, radiana integral se obine
prin nsumarea radianei
spectrale dup diferitele lungimi de und (sau frecvene): ( ) ( )
== dRdRR ( )
1
12 , 35
2
==
kTh
echRdcd ,
=0
3
2
1
2 d
ec
hRkTh
dyh
kTdyh
kTkThy === , ,
-
= =
=1
33
0
3
32
44
1y ,
12
j
jyyy eyee
dyyhcTkR .
Integrnd toi termenii ntre 0 i , se obine 44
32
454
0
3
152 ,
151TT
hckR
edyy
y ===
,
428-
32
45 10 672,5
152
KmW
hck == .
S-a obinut, astfel, legea tefan-Boltzmann (9) enunat mai
nainte.
5.3. Pirometrul cu radiaie total Principiul de funcionare const
n transformarea energiei radiante n energie
electric prin intermediul unui termocuplu cruia i se cunoate
funcia dependenei de temperatur a tensiunii t.e.n. n cazul emisiei
corpului negru. Astfel, determinnd tensiunea t.e.n. produs de
radiaia termic a corpului studiat, se poate cunoate temperatura Tr
a corpului negru corespunztor i mai departe temperatura real T a
corpului cu ajutorul relaiei (12).
Energia radiat de corpul a crui temperatur se msoar, este
concentrat cu un sistem de lentile pe sudura unui termocuplu pus n
legtur cu un galvanometru sensibil sau milivoltmetru, aa cum se
vede n figura 3:
Pirometrul este dotat cu un sistem de lentile pirometrice puin
absorbante. Sistemul optic este constituit dintr-o lunet de tip
Kepler, avnd ca obiectiv o lentil convergent L1 din cristal i ca
ocular tot o lentil convergent L2 montat n corpul aparatului.
Pentru limitarea fascicolului de radiaii n vederea ncadrrii
aparatului pe curba caracteristic de funcionare, n focarul
obiectivului este montat o diafragm F. Sistemul electric de msur
este format din elementul sensibil (o baterie de termocuple) i
placa de borne D. Elementul sensibil este alctuit dintr-o plac de
bachelit pe care sunt montate 8 termocuple de cromel + constantan.
Pentru msurarea tensiunii t.e.n. la jonciunile calde sunt sudate
plcue de platin acoperite cu negru de fum. Aceste plcue absorb
aproape n totalitate radiaiile care cad pe ele, apropiindu-se ca
proprieti de corpul negru. Sudura cald a elementului sensibil este
poziionat astfel nct imaginea corpului incandescent format de
sistemul optic, s se formeze pe plcuele de platin i, n acelai timp,
privind prin ocular, s se vad o imagine virtual mrit a
plcuelor.
Placa de borne separ camera de msur a pirometrului de cutia de
borne, realiznd trecerea conductorilor bateriei de termocuple i
permind legarea conductorilor de ieire. Pe placa de borne este
montat i filtrul de vizare care protejeaz ochii mpotriva
radiaiilor, realiznd i etanarea orificiului folosit pentru vizarea
obiectului.
Pentru msurarea temperaturilor mai mici de 10000C se folosete
filtrul incolor, ntre 1000-1500 filtrul verde i peste 1500 filtrul
brun. n condiii grele de lucru
Fig. 3
-
temperatura ambiant ridicat, aciune direct a flcrii, aparatul
este dotat cu dispozitiv de protecie i rcire. Filtrele se monteaz
de ctre constructor n funcie de temperatura de folosire a
pirometrului.
Pirometrul se etaloneaz n prealabil studiind un corp negru
nclzit la o serie de temperaturi fixe din Scara Internaional
(temperaturile de solidificare ale unor metale pure).
Temperatura corpului T se afl n funcie de temperatura de radiaie
cu relaia (12):
4 T
rTT = Corpul cald studiat n laborator este un cuptor electric
care, alimentat la 220 V c.a.,
se poate nclzi pn la 10000C. Din evaluri preliminare s-a gsit c
pentru acest cuptor factorul energetic de emisie
T mediu n intervalul 600 10000C are valoarea 75,0=T
Tensiunea t.e.m. se poate msura cu un milivoltmetru
poteniometric nregistrator,
sau cu un alt milivoltmetru adecvat. Msurarea unei temperaturi
cu pirometrul din laborator (de timpul K 42) se face
apropiind obiectivul su pn la o distan de circa 4 cm de gura
cuptorului. Prin urmare obiectivul pirometrului nu se introduce n
cuptor!
Se vizeaz prin ocular astfel nct radiaiile s fie corect
focalizate pe plcuele de platin. Se citete indicaia
milivoltmetrului dup care se afl temperatura de radiaie respectiv
cu ajutorul graficului prezentat mai jos. nainte de msurare se va
verifica puritatea suprafeelor optice care se vor terge cu grij
pentru nlturarea prafului sau a vaporilor de ap condensai.
E,mV t,0C E,mV t,0C 0,28 600 5,87 1150 0,41 650 7,07 1200 0,60
700 8,45 1250 0,83 750 10,00 1300 1,13 800 11,75 1350 1,50 850
13,70 1400 1,95 900 15,90 1450 2,50 950 18,30 1500 3,15 1000 20,97
1550 3,92 1050 23,90 1600 4,83 1100
5.4. Pirometrul optic cu dispariie de filament
-
Pirometrul cu dispariie de filament este format dintr-un tub
optic avnd la un capt lentila obiectiv L1, iar la cellalt lentila
ocular L2, aa cum se arat n figura 4. ntre ocular i ochiul
observatorului se afl un filtru F pentru lumin roie. n focarul
lentilei obiectiv se afl o lamp fotometric (bec) cu incandescen B,
alimentat de bateria E. n circuitul de alimentare al bateriei este
intercalat reostatul R care modific intensitatea curentului de
nclzire a filamentului, deci temperatura acestuia. Intensitatea
curentului este msurat de ampermetrul A.
Filtrul F transmite numai o parte din lumina emis de filament i
de suprafaa corpului nclzit (cuptorului). Sursa E de alimentare a
filamentului este constituit din dou baterii cilindrice uscate de
1,5 V fiecare, montate n corpul pirometrului. Sursa are deci n
total 3 V.
Se vizeaz prin ocular suprafaa corpului incandescent studiat i
cu ajutorul reostatului se modific intensitatea curentului de
nclzire a filamentului, deci strlucirea sa.
Dac strlucirea filamentului este mai mica dect cea a suprafeei
studiate, se observ pe un fond luminos imaginea ntunecat a
filamentului, figura 5 a.
Fig. 5
Dac strlucirea filamentului este mai mare dect cea a suprafeei
incandescente, se observ pe un fond ntunecat imaginea mai
strlucitoare a filamentului, figura 5 b.
Dac prin reglarea reostatului strlucirea filamentului devine
egal cu cea a suprafeei incandescente, imaginea prii superioare a
filamentului (care are o temperatur mai ridicat dect extremitile
sale), dispare din cmpul vizual al observatorului. Cu alte cuvinte
imaginea filamentului se confund cu cea a suprafeei incandescente,
figura 5 c.
Pirometrul cu dispariie de filament se etaloneaz n prealabil cu
ajutorul unui corp negru nclzit la diferite temperaturi cunoscute
din Scara Internaional. Msurarea acestor temperaturi, pn la
temperatura de topire a aurului (1063C), se face cu termocuplul
platinrhodiu + platin, iar peste aceast valoare temperatura se
calculeaz cu formula lui Planck.
Pentru fiecare temperatur se msoar intensitatea curentului care
produce dispariia filamentului, iar pe scala ampermetrului se trece
temperatura respectiv a corpului negru, realizndu-se astfel
etalonarea.
n acest fel citind indicaiile ampermetrului se afl temperatura
de strlucire Ts. Temperatura real T a corpului incandescent se
determin cu relaia (17):
9625log11 ,T
sTT+=
Fig. 4
-
Pirometrul folosit n laborator msoar temperatura pe dou
intervale: 7001500C i 12002300C. ntruct cuptorul se nclzete pn la
1200C, se va folosi numai prima scal a pirometrului cu filtrul
respectiv.
n general precizia pirometrelor optice este de 20C n intervalul
de temperatur 7001500C i de 30C n intervalul 12002300C.
Pirometrele monocromatice au o precizie mai mare dect
pirometrele cu radiaie total i de aceea ele au fost adoptate ca
instrumente etalon n Scara Internaional pentru temperaturi care
depesc 1100C. n schimb pirometrele monocromatice au dezavantajul c
nu pot nregistra automat temperatura msurat, iar msurrile
respective sunt afectate de erori personale legate de compararea
strlucirilor.
n afar de cele dou pirometre prezentate se mai folosesc i
altele, cum ar fi pirometrul monocromatic cu celul fotoelectric i
pirometrul de culoare.
Modul de lucru Lucrarea const n msurarea temperaturii cuptorului
cu termocuplul ntre
temperatura camerei i 500C, cu pirometrul cu radiaie total ntre
6001000C i cu pirometrul cu dispariie de filament ntre
7001000C.
Se confecioneaz un termometru cupru + constantan dup indicaiile
date mai nainte.
Se realizeaz montajul indicat n figura 1 a, se conecteaz
cuptorul electric la reeaua de 220 V c.a. i se poziioneaz
ntreruptorul cuptorului pe indicaia P (pornit).
Se introduce sudura cald a termocuplului n cuptor prin orificiul
capacului. Se citesc i se noteaz indicaiile milivoltmetrului din
minut n minut, avnd grij s nu fie depit valoarea de 20 mV care
corespunde unei temperaturi de 500C. Peste aceast temperatur
termocuplul nu trebuie folosit pentru c se degradeaz prin oxidarea
cuprului.
Dup scoaterea sudurii calde din cuptor se las n continuare
cuptorul s se nclzeasc (cu capacul pus) i dup circa 10 minute
temperatura ajunge la 600C.
Se fac msurtori ale temperaturii cu pirometrul cu radiaie total:
la milivoltmetrul nregistrator se citete tensiunea t.e.m. iar din
graficul existent n referat se afl temperatura. Dup cum s-a spus,
aceasta este temperatura de radiaie Tr. Temperatura real T a
cuptorului se afl din relaia (12):
4 T
rTT = ncepnd cu 700C se fac msurtori i cu pirometrul cu radiaie
total. Se d la o
parte capacul cuptorului i se orienteaz obiectivul pirometrului,
de la o distan de 1520 cm, ctre o zon cu strlucire uniform a
cuptorului. Pe scala pirometrului n momentul dispariiei
filamentului se citete temperatura de strlucire Ts. Temperatura
real a cuptorului se afl din relaia (17) din care rezult:
Tss t
TT,log9625
9625
+=
-
Pentru cuptorul din laborator nu se cunoate coeficientul T, .
ntruct n intervalul 7001000C lungimea de und a radiaiei emise nu
variaz n limite prea largi, vom considera
75,0, == TT Din tabele rezult: 125,075,0log = ,
astfel nct
s
s TTT
125,096259625= (19)
Msurarea aceleiai temperaturi a cuptorului nu se poate face
simultan cu cele dou pirometre, aa c valorile respective n-ar putea
fi comparate. Dup cteva exersri ns, msurtorile pot fi fcute repede
una dup alta astfel nct s se poat spune c a fost msurat aceeai
temperatur real a cuptorului. Din cauza erorilor teoretice i
accidentale nici n aceast situaie temperaturile msurate cu cele dou
pirometre nu sunt egale. Diferenele trebuie s se ncadreze n
limitele a 2030 de grade.
Ca temperatur unic a cuptorului se va considera media aritmetic
T a celor dou temperaturi obinute.
Deoarece n intervalul 6007000C temperatura este msurat doar cu
pirometrul cu radiaie total, temperatura T va fi evident cea obinut
cu acest pirometru.
Se vor face msurtori cu ambele pirometre aproximativ din 40 n 40
de grade, astfel nct s se obin 10 msurtori pentru pirometrul cu
radiaie total i 78 pentru pirometrul cu dispariie de filament.
Cu toate datele obinute se va alctui un tabel general de
forma:
Termocuplul Pirometrul cu radiaie total Pirometrul cu dispariie
de filament
,T
E, mV
T, C
E, mV
Tr, K T, K Ts, K T, K
K
... M
. ..
Corespunztor fiecrei temperaturi T se va calcula lungimea de und
maxim m ,
cu relaia (19):
Tm310896.2 = , (n metri).
Se va trasa pe hrtie milimetric graficul dependenei ( )Tfm = ,
care trebuie s fie o poriune dintr-o hiperbol echilateral.