Раздел: МКТ и термодинамика
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИКИ
Теплота — это форма движения материи. Поскольку движение всегда связано с изменением энергии, то и количество теплоты связано с энергией.
Количество теплоты́ — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Является одной из основных термодинамических величин. Количество теплоты Q в системе СИ измеряется в джоулях (1 дж. =0,239 кал).
Переход тепловой энергии от одного тела к другому называется теплообменом. Для количественного описания процесса теплообмена используют следующие величины: температура T(К) в данной точке тела; перепад температур ΔТ (разность температур между двумя точками одного тела, К); количество теплоты Q (Дж); тепловой поток (количество теплоты, проходящей в единицу времени, Вт); плотность теплового потока q (количество теплоты, проходящее в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности, Вт/м2)
Термодинамическая система совокупность физических тел, которые могут энергетически взаимодействовать между собой и с другими телами, а также обмениваться с ними веществом.
Термодинамическая система состоит из большого количества частиц, которые подчиняются в своем поведении статистическим закономерностям. Для термодинамических систем выполняются законы термодинамики.
Термодинамическое равновесие — состояние системы, при котором ее параметры остаются неизменными сколь угодно долгое время при неизменности внешних условий. В состоянии термодинамического равновесия частицы совершают особое движение, которое называется тепловым. Тепловое движение сложных составных частиц может быть поступательным, вращательным и колебательным. Интенсивность любого теплового движения характеризуется с помощью макроскопической величины, называемой температурой. В Международной системе единиц СИ температура измеряется в кельвинах (K).
В состоянии термодинамического равновесия температура T одинакова для всех макроскопических частей системы (условие теплового равновесия), что обеспечивает отсутствие теплообмена между макроскопическими частями системы.
Согласно второму закону термодинамики передача тепла может осуществляться только от более горячего тела к более холодному.
Температура — физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая понятие о различной степени нагретости тел.
Температура с молекулярно-кинетической точки зрения — физическая величина, характеризующая интенсивность хаотического, теплового движения всей совокупности частиц системы и пропорциональная средней кинетической энергии движения одной частицы. Средняя кинетическая энергия частицы связана с термодинамической температурой постоянной Больцмана: Eср = i/2kT где: i — число степеней свободы, k = 1.380 6505(24) × 10-23 Дж/K — постоянная Больцмана, T — температура;
Термодинамическое равновесие кроме теплового равновесия включает в себя также механическое равновесие макроскопических частей системы, при котором давление во всех этих частях одинаково и отсутствует относительное движение макроскопических элементов системы. Наконец, в состоянии термодинамического равновесия химические реакции протекают таким образом, что химический состав системы сохраняется неизменным и наблюдается химическое равновесие. В итоге, термодинамическое равновесие есть совокупность трёх равновесий: теплового, механического и химического.
Агрегатное состояние — состояние вещества, характеризующееся способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ.
С микроскопической точки зрения твёрдые тела характерны тем, что молекулы или атомы в них в течение длительного времени сохраняют своё среднее положение неизменным, только совершая колебания с небольшой амплитудой вокруг них. Кинетическая энергия молекул много меньше потенциальной.
Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. Кинетическая и потенциальная энергии молекул приблизительно равны.
С микроскопической точки зрения газ — это состояние вещества, в котором его отдельные молекулы взаимодействуют слабо и движутся хаотически. Взаимодействие между ними сводится к спонтанным столкновениям. Кинетическая энергия молекул превышает потенциальную.
Внутренняя энергия тела — это кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и других факторов и не зависит от механического положения тела и его механического движения. При повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается.
Для увеличения температуры телу необходимо передать дополнительную энергию.
Теплоёмкость — Количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус; точнее — отношение количества теплоты, поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению 
.
Теплоемкость единицы массы вещества (кг) называется удельной теплоёмкостью, 1 моля вещества — мольной (молярной).
Теплоемкость зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и от способа, которым был осуществлен процесс нагревания. Для газа различают теплоемкость при постоянном объеме Cv и теплоемкость при постоянном давлении Cp.
При повышении температуры твердого вещества увеличивается кинетическая энергия колебательного движения молекул. При достижении определенной температуры (температуры плавления) средняя кинетическая энергии молекул превышает потенциальную, взаимодействие между отдельными молекулами нарушается и вещество переходит в жидкое состояние. При переходе в другое состояние вся подводимая энергия идет на разрушение потенциального взаимодействия молекул, при этом средняя кинетическая энергия молекул, а, следовательно, и температура не изменяются.
Удельная теплота плавления (λ) — количество теплоты, необходимое для плавления единицы массы вещества при постоянной температуре λ=Q/m. При отвердевании кристаллического вещества выделяется точно такое же количество теплоты, которое поглощается при его плавлении. Аналогично вводится понятие удельной теплоты парообразования.
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Передача тепла может осуществляться тремя способами:
1) теплопроводностью;
2) конвекцией;
3) излучением.
Передача тепла путем теплопроводности происходит в одном и том же теле там, если в нем существует перепад температур или при соприкосновении двух тел с различной температурой. Распространение тепла теплопроводностью необходимо представить себе как следствие того, что более нагретые и поэтому колеблющиеся быстрее молекулы отдают часть своей энергии колебания соседним молекулам, колеблющимся медленнее. Кроме того, в металлах в переносе тепла участвуют электроны.
Коэффициент теплопроводности — количество теплоты, проходящее через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).
Конвекция — перенос тепла в среде газа или жидкости (например, воздуха) посредством движения нагретого газа или жидкости от одного тела к другому.
Тепловое излучение — перенос теплоты посредствам электромагнитных волн, сопровождающийся двойным взаимным превращением — тепловой энергии в энергию излучения и наоборот.
Все тела, твёрдые и жидкие, нагретые до определённой температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре света (от λ=0,74мкм до λ~1-2 мм). При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Характер теплового излучения нагретых тел может быть объяснен только с позиции квантовой физики.
Лабораторная работа 1т
Измерение теплофизических характеристик жидкости с использованием измерительной платформы NI CompactDAQ
1. Цель работы
Изучение теплофизических свойств вещества, изучение принципов действия термопары, получение навыков работы с измерительной платформой СDAQ, измерение теплоемкости жидкости, сравнение с теоретическими значениями.
2. Объекты исследований
Вода (другая жидкость по указанию преподавателя)
3. Оборудование для выполнения ЛР
Термопара К типа
8-ми слотовое USB-шасси NI CompactDAQ 9178
4-х канальный модуль ввода сигналов с термопар NI 9211
Электрочайник
Персональный компьютер
Мерная емкость
4. Теоретические сведения
4.1. Термоэлектрический эффект. Термопара
Термоэлектрические явления – взаимосвязь между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках. К ним относятся эффект Пельтье, эффект Томсона и эффект Зеебека. Последний состоит в возникновении ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Эффект Зеебека нашел широкое применение при измерении температур.
Причины возникновения термо ЭДС. При разности температур между концами проводника, электроны на горячем конце приобретают большую энергию, в результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному, на холодном конце накапливается избыточный отрицательный заряд.
Разнородные металлы обладают различной работой выхода, в результате чего на границе таких материалов возникает контактная разность потенциалов, которая зависит от температуры спая, что в свою очередь вносит вклад в ЭДС между горячим и холодным спаем.
Третья составляющая ЭДС связана с движение фононов (квантов колебательного движения молекул) от горячего конца к холодному, которые вовлекают в это движение электроны.
| Рисунок 1. Внешний вид термопары |
Термопара (рис.1) – датчик, реализующий эффект Зеебека и состоящий из двух разнородных проводников (полупроводников). При разности температур спаев на концах разомкнутой цепи (т.е. когда один из стыков электрически разъединен) возникает напряжение, величина которого зависит от разности температур спаев.
В зависимости от используемой пары материалов различают типы термопар, которые маркируются латинскими буквами и используются на различных температурных диапазонах. Такие датчики миниатюрны и очень точны.
4.2. Краткие сведения о среде программирования LABVIEW и платформы NI CompactDAQ
National Instruments является лидером в области разработки и производства аппаратно-программных средств автоматизации измерений, диагностики, управления и моделирования в широком спектре приложений. National Instruments является разработчиком технологии виртуальных приборов – революционной концепции, изменившей подходы и методику проведения измерений и разработки систем автоматизации.
NI CompactDAQ - модульная платформа сбора данных, которая оснащается более чем 50 измерительными модулями. К имеющемуся шасси cDAQ-9178 (рис.2а) можно подключить до восьми модулей ввода/вывода C-серии для измерения аналоговых, цифровых сигналов и сигналов счетчиков/таймеров.
Модуль NI 9211 (рис.2.б) 4-х канальный модуль ввода сигналов с термопар представляет собой многоканальное устройство с дифференциальным усилителем и аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Модель имеет каналы для автоматической установки нуля и для компенсации напряжения «холодного спая». Модель NI 9211 имеет независимые изолированные каналы измерения
| Рис.2. компоненты модульной платформы NI CompactDAQ: а - шасси cDAQ-9178; б - модуль NI 9211 |
| а |
| б |
напряжения. Конструктивно преобразователь напряжения измерительный аналого-цифровой модульный NI 9211 выполнен в виде сборки на печатной плате, заключенной в металлический корпус, на котором закреплены панель с контактами для присоединения сигнальных кабелей, и разъем интерфейса для установки в шасси.
Labview— это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США). LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами.
Программа Labview включает в себя блочную диаграмму, описывающей логику работы виртуального прибора и лицевую панель, описывающей внешний интерфейс виртуального прибора.
Лицевая панель виртуального прибора содержит средства ввода-вывода: кнопки, переключатели, светодиоды, верньеры, шкалы, информационные табло и т.п. Они используются человеком для управления виртуальным прибором, а также другими виртуальными приборами для обмена данными.
Блочная диаграмма содержит функциональные узлы, являющиеся источниками, приемниками и средствами обработки данных, терминалы («задние контакты» объектов лицевой панели) и управляющие структуры Функциональные узлы и терминалы объединены в единую схему линиями связей.
При установки соответствующих драйверов используются функции сбора данных NI-DAQmx. Для получения информации о сборе данных и коммуникации с приборами под любой платформой можно воспользоваться экспресс ВП DAQ Assistant (Виртуальный Помощник по сбору данных) для создания задачи DAQmx. В данном случае задачей является измерение температуры.
Signal Express (разработчик: National Instruments) — интерактивная программная среда для автоматизации сбора, обработки и хранения результатов лабораторных измерений. SignalExpress позволяет использовать возможности высокоскоростного цифрового ввода/вывода для создания, проверки эффективности и тестирования систем со смешанным типом сигналов, а также обеспечивает расширенные возможности поддержки модульных приборов и устройств сбора данных National Instruments, а также многих автономных приборов.
Данное программное обеспечение предоставляет возможность использования концепции виртуальных приборов при разработке лабораторных стендов, что сокращает время на проведение интерактивных измерений аналоговых и цифровых сигналов.
Особенностью пакета SignalExpress является лёгкая в использовании оболочка, что позволяет быстро произвести измерение, не занимаясь программированием.
5. Выполнение лабораторной работы
Задание 1. Налить в чайник 0,75л воды. Проверить подключение термопары к одному из каналов модуля, установку модуля в шасси, подключить шасси к компьютеру, включить компьютер.
Задание 2
Открыть программу SignalExpress в меню «Пуск». После загрузки программы в открывающихся диалоговых окнах выбрать последовательно Create New (Empti project)® Acqurie Signal ® DAQms Acqurie ® Analog Input (Аналоговый ввод) ® Temperature(температура) ® thermocoup (термопара), см. рис.3.
В списке каналов выбрать тот, к которому подключён датчик (например, ai0) и нажать кнопку «ОК» (рис.4). Открыть окно «Configuration» (рис.5) и установите пределы измерения температуры и тип термопары (К). На экране в левой вкладке Idle должен отобразиться тип датчика «thermocouple ». В окне «Sample Period» установить значение «1».
| Рис. 3. Вид начального диалогового окна |
| Рис. 4. Вид диалогового окна выбора канала |
| Рис. 5. Вид диалогового окна «Configuration» |
| Рис. 6. Инструменты управления увеличение и положением графика. |
Нажать кнопку «Connection Diagram» и зарисовать схему подключения датчика.
При нажатии поля «Data View», должно появиться изображение графика. Перетащите «Thermocouple» из вкладки Idle на график справа. Он должен видоизмениться – появится тип графика и обозначение физических величин по координатным осям.
Нажать кнопку «Run» и включить чайник. На графике должно отображаться изменение температуры. Записать значение потребляемой мощности по ваттметру, включив режим измерения мощности. После выключения чайника нажать кнопку «Stop».
Выбрать значок «лупа», появится панель, позволяющая изменять положение и увеличение графика (рис. 5). Пользуясь панелью разместить необходимую для расчетов часть кривой в центе графика, увеличить поле графика и, сделать скриншот экрана и перенести изображение из буфера обмена на свой носитель. Можно экспортировать данные (нажав
«Export to») в «Microsoft Excel» и сохранить данные на своем носителе.
Обработка результатов измерений
Принимая КПД чайника равной 65% рассчитать количество тепла, затраченного на нагревание воды: 
где, t—время измерений, P—мощность чайника.
Вычислить теплоемкость воды по формуле
,
где c – удельная теплоёмкость, Q – количество теплоты, полученное веществом при нагреве, m – масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, ΔT – разность конечной и начальной температур вещества.
Сравнить полученное значение со справочным.
6. Анализ результатов
Выводы должны содержать краткие сведения о применяемой термопаре, анализ возможностей платформы NI CompactDAQ и используемой программы, анализ полученных результатов измерений, сравнительный анализ полученных и справочных значений и обсуждение результатов отклонения результатов от теоретических.
7. Контрольные вопросы
1. Определение температуры с точки зрения молекулярно –кинетической теории.
2. Определение теплоемкости Отличие удельной теплоемкости от теплоемкости тела?
3. На что тратится подводимое тепло при нагреве?
4. От чего зависит теплоёмкость вещества?
5. На что тратится подводимое тепло при парообразовании?
6. Изобразите график зависимости температуры от времени при изменении агрегатного состояния вещества от твердого до газообразного.
7. В чем заключается эффект Зеебека?
8. От чего зависит напряжение термопары?
9. В чем особенность программирования на
LABVIEW?
10. Возможности платформы NI-DAQ?
Лабораторная работа 2т
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Цель работы
Изучение принципов измерения теплофизических свойств материалов, принципа действия и возможности применения бесконтактных методов измерения температуры в исследовательской и измерительной практике. Проведение измерений. теплофизических свойств исследуемых объектов. Сравнительный анализ строительных материалов по их теплофизическим свойствам.
2. Объекты исследований
Для проведения исследований предлагаются строительные материалы, изготовленные по различным технологиям
№1 –ДСП (древесно-стружечная плита). Толщина h=10,6 мм;
№2- гипрок (гипсокартон). Толщина h=12,5 мм;
№3 - изоплат. Толщина h=12,1 мм;
№4 - ламинат. Толщина h=8,0 мм;
№5 – ПВХ (поливинилхлорид). Толщина h=9,1 мм;
№7 – пробковый паркет. Толщина h=12,0 мм;
№8 – ЦСП (цементно-стружечная плита). Толщина h=13,0мм.
В качестве эталонного образца №6 используется сосна толщиной 22 мм и коэффициентом теплопроводности 0,15 Вт/(м*К) поперёк волокон и 0,40 Вт/(м*К) вдоль волокон.
3. Оборудование и приборы для выполнения ЛР
В качестве оборудования в работе используются:
Стенд с исследуемыми объектами
Электрическая плитка
Тепловизор Testo 875-1
Персональный компьютер
Основные технические характеристики Тепловизор Testo 875-1:
Прибор оснащён широкоугольным объективом с полем зрения 32 
24 
и матрицей 160 120. Наличие такого объектива позволяет при наблюдениях захватить большую область для измерений.
Прибор имеет три режима отображения информации на дисплее: температуры центральной точки, самой горячей и самой холодной точки. Есть возможность изменения коэффициента излучения.
Температурная чувствительность (NETD)-<0,11 
при 30 ;
Фокусировка – ручная;
Спектральный диапазон – от 8 до 14мкм;
Температурный диапазон – от -20 
до+100 , от 0до +280 (переключаемый).
Погрешность
±2ºС, ±2% от измеренного значения
Минимальный диаметр точки измерения - 3 х 3 px; стандартно 10мм при удалении 1м (стандартный объектив); 4мм при 1м (телеобъектив)
Настройка коэффициента излучения
9 материалов в памяти, один задается пользователем в диапазоне от 0,01 до 1,0
4. Теоретические сведения
4.1. Теплофизические параметры вещества. Инфракрасное излучение
Теплофизика - область физики, исследующая и изучающая тепловые процессы. теплофизика включает большое количество дисциплин. Это теория теплообмена, термодинамика, теплофизические свойства вещества, физика низкотемпературной плазмы и т.п.
К основным понятиям теплофизики относятся: температура, количество тепла, термодинамическое равновесие, внутренняя энергия и т.д. Вещество характеризуется такими свойствами как агрегатное состояние, температура фазовых переходов, теплоемкость, теплопроводность.
Температура с молекулярно-кинетической точки зрения — физическая величина, характеризующая интенсивность хаотического, теплового движения всей совокупности частиц системы и пропорциональная средней кинетической энергии движения одной частицы.
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Передача тепла может осуществляться тремя способами:
теплопроводностью;
конвекцией;
излучением.
Передача тепла путем теплопроводности происходит в одном и том же теле там, где в нем существует перепад температур или где соприкасаются два различных тела с различной температурой. Распространение тепла теплопроводностью необходимо представить себе как следствие того, что более нагретые и поэтому колеблющиеся быстрее молекулы отдают часть своей энергии колебания соседним молекулам, колеблющимся медленнее. Кроме того, в металлах в переносе тепла участвуют электроны.
Коэффициент теплопроводности — количество теплоты, проходящее через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).
Теплопередача между физическими объектами может осуществляться тремя процессами – теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Теплопроводность – передача тепла внутри твердого тела. Это перенос тепла вследствие беспорядочного движения микрочастиц (колебание молекул и атомов в кристаллической решетке твердого тела или движение свободных электронов).
Конвекцией называется перенос, теплоты за счет перемещения молярных объемов среды.
В твердом состоянии вещества движение молекул носит колебательный характер, чем выше температура, тем интенсивнее колебания. Для распространения теплоты в любом теле или пространстве необходимо наличие разности температур в различных точках тела. Связь между количеством теплоты δQ, проходящим за промежуток времени dt через элементарную площадку dS, расположенную на изотермической поверхности, и градиентом температуры устанавливается законом Фурье, согласно которому 
.
Минус в правой части показывает, что в направлении теплового потока температура убывает и градиент температуры является величиной отрицательной. Коэффициент пропорциональности λ называется коэффициентом теплопроводности или более кратко теплопроводностью, 
– производная от температуры вдоль нормали к площадке S. Отношение количества теплоты, проходящего через заданную поверхность, ко времени называют тепловым потоком. Тепловой поток обозначают q и выражают в ваттах (Вт) 
или 
.
Коэффициент теплопроводности l показывает, какое количество тепла проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 Кельвин на единицу длины нормали к поверхности 
.
Так как молекула – это система зарядов, то колебания этих зарядов согласно теории электромагнетизма, сопровождается электромагнитным излучением. Интенсивность и спектр излучения зависят от температуры. Значительная часть этого излучения (тепловое) лежит в области инфракрасного (ИК) спектра. Таким образом интенсивность ИК излучения является функцией температуры. Спектр излучения тела однозначно связан с его спектром поглощения. Тело, которое поглощает все падающее излучение называют абсолютно черным телом (АЧТ). Коэффициент излучения абсолютно черного тела ε = 1. Коэффициент излучения (или степень черноты) твердого тела показывает отношение энергии теплового излучения этого тела к излучению 'абсолютно черного тела' при той же температуре
Принципы работы тепловизоров
Тепловизор позволяет не только измерять температуру в различных точках объекта, но и получать изображение распределения температуры по поверхности объекта.
Инфракрасное излучение фокусируется с помощью оптики тепловизора на приемнике излучения (рис.1), который выдает сигнал, обычно в виде изменения напряжения или электрического сопротивления. Полученный сигнал регистрируется электроникой тепловизионной системы. Сигнал, который дает тепловизор, превращается в электронное изображение (термограмму), которое отображается на экране дисплея. На термограмме различные градации цвета соответствуют распределению инфракрасного излучения по поверхности объекта.
Обычный тепловизор имеет несколько общих для всех подобных приборов компонентов, включающих объектив, дисплей, приемник излучения и обрабатывающую электронику, органы управления, устройства хранения данных, а также программное обеспечение для обработки данных и создания отчетов. Эти компоненты могут изменяться в зависимости от типа и модели тепловизионной системы. Основные компоненты показаны на рис.3.
| Объект |
| Фокусирующая оптика |
| Рис.1.Инфракрасная термография: а - получение ИК-изображения объекта; схематическое изображение тепловизора. |
| Рис.2. компоненты тепловизора: 1 – дисплей; 2 – кнопки управления; 9 – ИК объектив; 10 – кольцо ручной фокусировки; 12 – кнопка записи (фиксирования/сохранения изображения). |
Таблица 1. Кнопки управления:
| Кнопка | Функции | ||
| Включение и отключение тепловизора | ||
| [OK]иДжойстик | • | Нажатие [OK]: | |
| Открытие меню, подтверждение | |||
| выбора/настройки. | |||
| • | Перемещение [OK] вверх/вниз/вправо/влево | ||
| = функция Joystick: | |||
| Выбор функций, навигация | |||
| [Esc] | Отмена действия. | ||
| Кнопка быстрого | Вызов функции. Кнопка быстрого доступа, | ||
| выбора | назначенная для вызова функции, постоянно | ||
| Влево/вправо ["xy"] | показана на дисплее. |
Тепловое изображение отображается на жидкокристаллическом дисплее (ЖКД). На дисплее часто отображается дополнительная информация, такая как уровень заряда аккумулятора, дата, время, температура объекта (в °F, °C, или K), видимое изображение и цветовая шкала температур.
Приемник излучения и схемы обработки сигнала используются для превращения инфракрасного излучения в полезную информацию, обычно изготовлен из полупроводниковых материалов. Тепловое излучение генерирует измеряемый сигнал на выходе приемника излучения. Сигнал обрабатывается электронными схемами внутри тепловизора, на дисплее прибора появляется тепловое изображение.
С помощью органов управления можно выполнить разнообразные электронные настройки для улучшения теплового изображения на дисплее. В электронном виде изменяются такие настройки, как диапазон температур, тепловой уровень и диапазон, цветовая палитра и настройки слияния изображения. Так же можно установить значение коэффициента излучения и отраженной фоновой температуры.
Электронные цифровые файлы, содержащие тепловые изображения и дополнительные данные, сохраняются на различных типах электронных карт памяти или устройств хранения и передачи данных.
Программное обеспечение позволяет цифровые тепловые и видимые изображения на персональный компьютер, где их другие настройки всех радиометрических параметров, а также воспользоваться функциями анализа.
5. Порядок выполнения работы
1. Получите преподавателя тепловизор. Включите тепловизор и убедитесь в том, что он имеет достаточный уровень заряда аккумулятора.
2. На тепловизоре вызовете кнопкой «ок» меню и джойстиком выберите коэффициент излучение ε= 0,94.
3. В подменю палитра выберите «Радуга».
4. Левой кнопкой войдите в режим «шкала» и установите джойстиком диапазон 15-50 0С.
5. С помощью рукоятки фокусировки настройте изображение объекта на резкость. Зафиксируйте изображение щита с помощью «Кнопки спуска» на тепловизоре.
6. Сформируйте папку своих изображений и сохраните в ней изображение.
7. Включите электроплитку.
8. Зафиксируйте тепловое изображение на тепловизоре. Фиксировать изображение через каждые 5 минут в течение 50 минут.
9. Выключите электроплитку.
10. Включите ПК. Подключить тепловизор к ПК.
11. Импортируйте изображения в соответствии с указаниями «Мастера импорта»
12. Открыть изображения с помощью программы «Тесто» в меню «Пуск».
13. Установите на изображении фиксаторы на центр каждого образца и центр стенда. Сохраните результаты в программе «эксель»
14. Результаты измерения занесите в таблицу 2.
Таблица 2. Изменение температуры образцов при нагревании
| t,мин | Температура 0С | ||||||||
| Стенд | №1 | №2 | №3 | №4 | №5 | №6 | №7 | №8 | |
15. Определите по последовательности полученных изображений момент установления теплового равновесия стенда с окружающей средой.
16. Вывод _______________________________________________________________
6. Обработка результатов измерений
1.Выберите из таблицы 2 результаты измерения в режиме теплового равновесия. Занесите в таблицу 3.
Таблица 3. Температура образцов в условиях теплового равновесия
t, 
Номер изм.,i
| Номер образца,j | ||||||||
| Стенд | |||||||||
| |||||||||
| |||||||||
 0С
| |||||||||
| |||||||||
| δλj | |||||||||
2. Вычислите среднее арифметическое значение n измерений для каждого образца по формуле 
;
3. Вычислите точечную оценку дисперсии i-го измерения
;
4. Вычислите СКО i-го измерения
|
| Поделиться: |
Поиск по сайту
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-11-18 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных