KRR-24B中温辐射黑度仪(带微机接口)数据采集

KRR-24B中温辐射黑度仪

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　工作条件：常温、常压下运行,电源电压AC220V；

　　　实验目的：用比较法, 定性地测量中温辐射时物体黑度ε；

　　　本实验装置的加热电源由低压大功率开关电源供电, 并由单片机控制脉冲宽度调制器(PWM)输出控制,各温度点采用进口单线数字温度传感器(DS18B20)进行采集。所有数据由10英寸点阵液晶屏同屏显示。并带有微机接口。

　　　　　1、进口温度传感器:测温范围-55- +127℃

　　　　　2、进口10英寸液晶显示屏: 640X480点阵；

　　　3、控温精度为±0.5℃；

　　　4、操作温度范围95℃。

　　　实验装置由热源体、传导圆筒、1个可更换原色紫铜受体、1个可更换表面涂黑紫铜受体、支架、低压大功率开关电源﹙+24V10A、+12V1A、-12V1A、+5V3A﹚、进口数字温度传感器6只、10英寸液晶显示器、静电喷涂可升降实验台组成。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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中温辐射时物体黑度的测试装置

实验指导书

一、实验目的

用比较法,定性的测量中温辐射时物体的黑度ε。

二、实验原理

用n个物体组成的辐射换热系统中,利用净辐射法,可以求物体i的纯换热量Qnet.i

Qnet.i = Qabs.i－Qei

=di∫FKEeƒƒkψ(dk)idFk－εiEb.iFi          (1)

式中:Qnet.i — i面的净辐射换热量。

Qabs — i面从其他表面的吸热量。

Qei — i面本身的辐射热量。

εi — i面的黑度。

ψdki — k面对i面的角系数。

Eeff.k — k面的有效辐射力。

Ebi — i面的辐射力。

di — i面的吸受率。

Fi — i面的面积。

根据本实验的设备情况,可以认为:

1、热源1,传导园筒2为黑体。

2、热源1,传导筒2,待测物体(受力)3。它们表面上的温度均匀(见附图)因此公式(1)可写成:

Qnet.3=α3(EblFlψl.3＋Eb.2F2ψ2.3 －ε3Eb3F3) 

因为:F1=F3；α3=ε3；ψ3.2=ψ1.2。又根据角系数的互换性F2ψ2.3=F3ψ3.2,则:

q3= Qnet.3/F3=ε3(Eb.1ψ1.3＋Eb.2ψ1.2 －ε3Eb3)

=ε3(Eb.1ψ1.3＋Eb.2ψ1.2－Eb3)             (2)

由于受体3与环境主要以自然对流方式换热,因此:

q3=α(t3 － tƒ)                 (3)

式中:α — 换热系数

t3 — 待测物体(受力)温度

tƒ — 环境温度

由(2)、(3)式可得:

 

 

 

 

 

当热源1和黑体园筒2的表面温度一致时,Eb1=Eb2,并考虑到,体系1,2,3,为封闭系统,则:(ψ1.3＋ψ1.2)=l

由此,(4)式可写成:

 

 

 

 

 

式中σb称为肆蒂芬—玻尔茨曼常数，其值为5.7.10ˉ³w/m².k⁴。

对不同待测物体(受力)a，b的黑度ε为:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、实验装置

实验装置如图所示

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

热源具有一个测温热电偶,传导腔体有两个热电偶,受体有一个热电偶,它们都可以通过琴键转换开关来切换。

实验方法和步骤

本仪器用比较法定性的测定物体的黑度,具体方法是通过对三组加热器电压的调整(热源一组,传导体二组),使热源和传导体的测温点恒定在同一温度上,然后分别将“待测”(受力为待测物体,具有原来的表面态度)和“黑体”(受力仍为待测物体,但表面薰黑)两种状态的受体在相同的时间接受热辐射,测出受到辐射后的温度,就可按公式计算出待测物体的黑度。

为了测试成功,最好在实测前对热源和传导体的恒温控制方法进行1—2次探索,掌握规律后再进行正式测试。

具体实验步骤如下:

1.将热源腔体1和受体腔体3(先用“待测”状态的受体)对正靠近传导体2并在受体腔体与传导体之间插入石棉板隔热。

2.接通电源,调整热源、传导左和传导右的调温旋钮,使其相应的加热电压调到合适的数值。加热30分钟左右,对热源和传导体两侧的测温点进行监测，根据温度值，微调相应的加热电压，直至所有测点的温度基本稳定在要求的温度上。

3．系统进入恒温后（各测温点的温度基本接近，且各点的温度波动小于3℃），去掉隔热板，使受体腔体靠近传导体，然后每隔10分钟对受体的温度进行监测、记录、测得一组数据。在此同时，要监测热源和传导体温度，并随时进行调整。

4．取下受体体腔，待受体冷却后，用松脂（带有松脂的松木）或蜡烛将受体表面薰黑。然后重复上述方法，对“黑体”进行测试，测得第二组数据。

5．将两组数据进行整理后代入公式，即可得出待测物体的黑度ε受。

五、注意事项

1．热源及传导体的温度不宜过高，切勿超过仪器允许的最高温度—200℃。

2．每次做“待测”状态实验时，建议用汽油或酒精将待测物体的表面擦净，否则，实验结果将有较大出入。

六、实验所用计算公式

根据（6）式本实验所用计算公式为：

 

 

 

 

 

式中：ε0  — 相对黑体的黑度，该值可假设为I。

ε受  — 待测物体（受体）的黑度。

T源   — 受体为相对黑体时热源的绝对温度。

Tˊ源 — 受体为被测物体时热源的绝对温度。

T0   — 相对黑体的绝对温度。

T受   — 待测物体（受力）的绝对温度。

七、实验数据记录和处理（举例）

A、实验数据

 

B、实验结果

由实验数据得：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在假设ε0=1时,受体紫铜的黑度ε受即为0.78。

    【附注】根据本实验的实际情况,我们采用以下实验方案:

对同一待测物体(受力),在完全相同条件下,进行两次实验。一次是将待测物体(受体)用松脂(带油脂的松木)或蜡烛熏黑,使它变为黑体，对它进行实验。一次是不熏黑的情况下进行实验。最后,根据这两次实验所得的两组数据,算出该待测物体的黑度ε受。这里,是将熏黑的物体看成是黑体。其辐射率ε0视为1。