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中溫法向輻射率測量儀實驗指導(dǎo)書


一、實驗?zāi)康?br /> 用比較法,定性地測量中溫輻射時物體黑度ε。
二、原理概述
由n個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中,利用凈輻射法,可以求物體I的純換熱量Qnet.i
    (1)
式中:
        Qnet.i——i面的凈輻射換熱量。
Qabs.i——i面從其他表面的吸熱量。
        Qe.i  ——i面本身的輻射熱量。
        εi  ——i面的黑度。
        ψi(dk)——k面對i面的角系數(shù)。
         Eeff.k——k面有效的輻射力。
         Eb.i——i面的輻射力。
         —— i面的吸收率。
         Fi——i面的面積。
根據(jù)本實驗的設(shè)備情況,可以認(rèn)為:
1、傳導(dǎo)圓筒2為黑體。
2、熱源。傳導(dǎo)圓筒2。待測物體(受體)3,它們表面上的溫度均勻(圖1)。

圖一輻射換熱簡圖
1—熱源  2—傳導(dǎo)圓筒  3—待測物體
因此,公式(1)可寫成:
Qnet.3=3(Eb.1 F1ψi.3+ Eb.2 F2ψ2.33Eb.3 F3)
因為F1= F3;33;ψ3.21.2 又根據(jù)角系數(shù)的互換性F2ψ2.3= F3ψ3.2 ,則:
 q3=Qnet.3/F33(Eb.1ψi.3+ Eb.2ψ1.2)-ε3Eb.3
= ε3(Eb.1ψi.3+ Eb.2ψ1.2-Eb.3)           (2)
由于受3與環(huán)境主要以自然對流方程換熱,因此:
     q3=(t3-tf)                                   (3)
式中:——換熱系數(shù)
t3——待測物體(受體)溫度
tf——環(huán)境溫度
由(2)、(3)式得:
               (4)
當(dāng)熱源1和黑體圓筒2的表面溫度一致時,Eb1=Eb2 ,并考慮到,體系1,2,3,為封閉系統(tǒng),則:
ψi.31.2=1
由此,(4)式可寫成:
      (5)
式中σb稱為斯蒂芬——玻爾茨曼常數(shù),其值為5.7×10-8w/m2k4。
對不同待測物體(受體)a,b的黑度ε為:


設(shè)aa=ab,則:
                (6)
當(dāng)b為黑體時,εb≈1,(6)式可寫成:
         (7)
四、實驗方法和步驟
本實驗儀器用比較法定性地測定物體的黑度,具體方法是通過對三組加熱器電壓的調(diào)整(熱源一組,傳導(dǎo)體二組),使熱源和傳導(dǎo)體的測量點恒定在同一溫度上,然后分別將“待測”(受體為待測物體,具有原來的表面狀態(tài))和“黑體”(受體仍為待測物體,但表面薰黑)兩種狀態(tài)的受體在恒溫條件下,測出受到輻射后的溫度,就可按公式計算出待測物體的黑度。
具體步驟如下:
1、熱源腔體和受體腔體(使用具有原來表面狀態(tài)的物體作為受體)靠緊傳導(dǎo)體。
2、接通電源,拉開溫度設(shè)定旋鈕使其設(shè)定到試驗所需溫度,設(shè)定完成后推進溫度設(shè)定旋鈕,系統(tǒng)自動跟蹤設(shè)定溫度。
3、系統(tǒng)進入恒溫后(各測溫點基本接近,且在五分鐘內(nèi)各點溫度波動小于3℃),開始測試受體溫度,當(dāng)受體溫度五分鐘內(nèi)的變化小于3℃時,計下一組數(shù)據(jù)。“待測”受體實驗結(jié)束。
4、取下受體,將受體冷卻后,用松脂(帶有松脂的松木)或蠟燭將受體薰黑,然后重復(fù)以上實驗,測得第二組數(shù)據(jù)。
將兩組數(shù)據(jù)代入公式即可得出代測物體的黑度ε。
五、注意事項
1、熱源及傳導(dǎo)的溫度不宜超過95℃。
2、每次做原始狀態(tài)實驗時,建議用汽油或酒精將代測物體表面擦凈,否則,試驗結(jié)果將有較大出入。
六、試驗所用計算公式
根據(jù)(6)式本實驗所用計算公式為:
                     (8)
式中: ε0——相對黑體的黑度,該值可假設(shè)為1。
       ε——代測物體(受體)的黑度。
*——受體與環(huán)境的溫差。
*0——黑體與環(huán)境的溫差。
T——受體為相對黑體時熱源的絕對溫度。
*——受體為被測物體時的熱源絕對溫度。
T0——相對黑體的絕對溫度。
T——待測物體(受體)的絕對溫度。

七、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理(舉例)
A0 實驗數(shù)據(jù)
序號
N0
熱源
傳導(dǎo)  ℃ 受體(紫銅光面)
備注
1 2
1
2
3
        室溫   ℃
平均 ℃      
序號
N0
熱源
傳導(dǎo)  ℃ 受體(紫銅薰黑)
1 2
1
2
3
       
平均 ℃      



















B0 實驗結(jié)果
由實驗數(shù)據(jù)得:
   ΔT=74K             T0=(135+273)K
   ΔT0=110K             T/=(259+273)K
   T=(261+273)K    T=(99+273)K
將以上數(shù)據(jù)代入(8)式得:

在假設(shè)ε0=1時,受體紫銅(原來表面狀態(tài))的黑度ε即為0.58。
 

1)按鈕功能
按功能/確認(rèn)鍵后顯示如下:
        
按+/選擇鍵,選擇自動換屏或換屏?xí)r間設(shè)定。如選選擇自動換屏按功能/確認(rèn)鍵顯示如下:
 
按+/選擇鍵,選擇單項數(shù)椐或選擇全部數(shù)椐。
選擇單項數(shù)據(jù)(巡檢狀態(tài))
選擇全部數(shù)據(jù)(同屏顯示全部數(shù)據(jù))
確定選項后按功能/確認(rèn)確認(rèn)。
如選換屏?xí)r間設(shè)定。按功能/確認(rèn)鍵顯示如下:

 
換屏?xí)r隔(5-99秒默認(rèn)值5秒)
全屏顯示(5-99秒默認(rèn)值5秒)
用+/選擇鍵或一/手動鍵設(shè)定時間。按功能/確認(rèn)鍵確認(rèn)。
2)對比度
調(diào)節(jié)液晶屏對比度。
3)+/選擇鍵
當(dāng)屏幕進入選擇狀態(tài)時,按此鍵進行功能選擇,當(dāng)選定某項功能后,再按功能/確認(rèn)鍵確認(rèn)。
4)一/手動鍵
當(dāng)進入換屏?xí)r隔或者全屏顯示時,由此鍵和+/選擇鍵來調(diào)整時間,非此兩狀態(tài)下此
鍵將取消自動換屏功能轉(zhuǎn)入手動選擇。
5)溫度設(shè)定(電壓設(shè)定)
查看設(shè)定電壓,拉開電位器屏幕顯示顯示設(shè)定電壓此時電壓值是上次所設(shè)置值,推進電位器,原電壓設(shè)置值不變。如需重新設(shè)置電壓值,拉開電位器顯示設(shè)定電壓約等5秒后屏幕顯示修改設(shè)定電壓時,重新設(shè)置所需電壓值,完畢后推進電位器,新設(shè)置值存入。
 

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