thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 13

Chia sẻ: Dang Cay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

172
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tuyệt đối đều phát ra các bức xạ nhiệt. Dụng cụ đo nhiệt độ vật thể bằng bức xạ nhiệt được gọi là hỏa kế bức xạ hay một cách đơn giản là hỏa kế. Bức xạ nhiệt là các bức xạ điện từ tạo ra từ các chất do nội năng của chúng (với bức xạ huỳnh quang do kích thích của nguồn ngoài). Ta nhận thấy rằng cường độ bức xạ nhiệt của vật giảm mạnh khi nhiệt độ của vật giảm. Hỏa kế được dùng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 13

Chương 13: CAÛM BIEÁN QUANG TRONG ÑO NHIEÄT ÑOÄ Taát caû caùc vaät theå coù nhieät ñoä lôùn hôn nhieät ñoä tuyeät ñoái ñeàu phaùt ra caùc böùc xaï nhieät. Duïng cuï ño nhieät ñoä vaät theå baèng böùc xaï nhieät ñöôïc goïi laø hoûa keá böùc xaï hay moät caùch ñôn giaûn laø hoûa keá. Böùc xaï nhieät laø caùc böùc xaï ñieän töø taïo ra töø caùc chaát do noäi naêng cuûa chuùng (vôùi böùc xaï huyønh quang do kích thích cuûa nguoàn ngoaøi). Ta nhaän thaáy raèng cöôøng ñoä böùc xaï nhieät cuûa vaät giaûm maïnh khi nhieät ñoä cuûa vaät giaûm. Hoûa keá ñöôïc duøng chuû yeáu ñeå ño nhieät ñoä töø 300-60000C vaø cao hôn. Ñeå ño nhieät ñoä ñeán 30000C phöông phaùp duy nhaát laø duøng hoûa keá vì noù khoâng tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng ño. Veà maët lyù thuyeát giôùi haïn ño cuûa hoûa keá khoâng haïn cheá. Ta nhaän thaáy raèng phöông phaùp ño khoâng tieáp xuùc coù tính öu vieäc laø khoâng laøm sai leäch nhieät cuûa ñoái töôïng ño. Phaàn lôùn caùc chaát raén vaø loûng coù phoå ñaëc, nghóa laø chuùng phaùt ra caùc soùng cho chieàu daøi böôùc soùng  töø 0   . Vôùi maét ngöôøi chæ nhaän bieát caùc soùng aùnh saùng coù chieàu daøi böôùc soùng =0,40- 0,75m. Caùc böùc xaï khoâng nhìn thaáy goàm caùc böùc xaï hoàng ngoaïi =0,75 ñeán 400 m. Caùc böùc xaï coù 
moät thoâng löôïng  (naêng löôïng chuyeån ñi trong moät ñôn vò thôøi gian) thì noù bò haáp thuï (ht ) phaûn xaï (phx) vaø xuyeân qua (xq). Quan heä giöõa caùc thoâng löôïng naøy phuï thuoäc vaøo caùc tính chaát cuûa vaät vaø ñaëc bieät laø traïng thaùi beà maët cuûa noù (ñoä nhaùm, maøu saéc vaø nhieät ñoä). Neáu vaät haáp thuï taát caû caùc böùc xaï truyeàn tôùi thì heä soá haáp thuï =ht/ =1 vaø ta goïi chuùng laø vaät ñen tuyeät ñoái, maø chæ coù moät soá vaät trong chuùng coù tính chaát quang hoïc gaàn vôùi vaät ñen tuyeät ñoái, ví duï nhö: boà hoùng daàu moû, nhöïa ñen, nhung ñen trong mieàn aùnh saùng nhìn thaáy coù heä soá haáp thuï gaàn baèng ñôn vò. Beà maët cuûa vaät khoâng nhöõng chæ haáp thuï maø coøn phaùt ra caùc böùc xaï phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä. Caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cho böùc xaï nhieät cuûa vaät laø: - Cöôøng ñoä böùc xaï ñôn saéc: E. - Cöôøng ñoä böùc xaï toaøn phaàn: E. - Ñoä choùi B (kyù hieäu  duøng cho vaät ñen tuyeät ñoái) d BX E   d (5-37) BX: thoâng löôïng böùc xaï phaùt ra treân moät ñôn vò beà maët nhieät ñoä T trong khoaûng chieàu daøi böôùc soùng d (töø  ñeán +) (W/m3):  E    E  .d  0 (5-38) Trong ñoù: E ø laø böùc xaï toaøn phaàn, hay naêng löôïng toaøn phaàn phaùt ra töø moät ñôn vò beà maët vaät, nhieät ñoä T trong moät ñôn vò thôøi gian ñoái vôùi taát caû caùc böôùc soùng =0 ñeán =  (W/m2).
dE  B     (5-39) d B: ñoä choùi cuûa phoå naêng löôïng laø tyû soá giöõa cöôøng ñoä böùc xaï ñôn saéc ñoái vôùi moät ñôn vò goùc khoái d (W/steradian.m3). Khi ño nhieät ñoä baèng hoûa keá thì ñoä choùi cuûa phoå naêng löôïng laø moät ñaïi löôïng cô baûn. Ñoä nhaïy caûm cuûa maét ngöôøi tyû leä tröïc tieáp cöôøng ñoä böùc xaï ñôn saéc. B=k.d E (5-40) k laø heä soá, k =1/. Theo ñònh luaät Kirchoff khaû naêng böùc xaï cuûa vaät tyû leä vôùi heä soá haáp thuï  cuûa vaät ñen tuyeät ñoái baèng 1 neân noù coù khaû naêng böùc xaï cöïc ñaïi. Caùc vaät theå thöïc ôû nhieät ñoä nhö nhau coù khaû naêng böùc xaï khaùc nhau. Vieäc ñaùnh giaù ñöôïc so saùnh vôùi khaû naêng böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái: E  B    E  B   (5-41) E   E Heä soá  cuûa phoå böùc xaï (möùc ñen cuûa tia ñôn saéc) laø haøm soá cuûa böôùc soùng  vaø nhieät ñoä T, laø heä soá böùc xaï toaøn phaàn. Nhôø ñònh luaät Kirchhoff ñoái vôùi taát caû caùc vaät theå thöïc:  =  vaø  = . ÔÛ ñaây,  vaø  laø heä soá haáp thuï cuûa böùc xaï toaøn phaàn vaø ñôn saéc. Ñeå ño ñoä choùi cuûa vaät mang nhieät ñoä ngöôøi ta duøng hoûa keá quang hoïc vaø hoûa keá quang ñieän. Hoûa keá quang hoïc ñöôïc söû duïng roäng raõi trong phoøng thí nghieäm vaø saûn xuaát ñeå ño nhieät ñoä lôùn hôn 8000C. Nguyeân lyù
hoaït ñoäng cuûa hoûa keá quang hoïc döïa treân cô sôû so saùnh ñoä choùi quang phoå cuûa vaät ño vôùi ñoä choùi chuaån baèng maét thöôøng ñeå xaùc ñònh söï truøng cuûa ñoä choùi ño vôùi ñoä choùi chuaån. Phoå bieán nhaát laø hoûa keá quang hoïc daây toùc (hình 5.12). Ñeå ño nhieät ñoä cuûa vaät, ngöôøi ta höôùng vaät kính (1) cuûa duïng cuï ño tôùi vaät ño sao cho coù theå quan saùt töø thò kính (7) sôïi toùc cuûa ñeøn (4). So saùnh ñoä choùi cuûa vaät ño vaø daây toùc ñeøn (4) thöôøng thöïc hieän khi böôùc soùng baèng 0,65m. Ñeå thöïc hieän ñieàu ñoù, ta ñaët tröôùc thò kính moät thieát bò loïc aùnh saùng ñoû (6). Söï choïn loïc boä loïc aùnh saùng ñoû taïo cho maét ngöôøi caûm nhaän qua boä loïc naøy chæ moät phaàn quang phoå ñi qua gaàn vôùi tia ñôn saéc. Ngoaøi ra vieäc söû duïng boä loïc aùnh saùng ñoû cho pheùp giaûm giôùi haïn döôùi cuûa hoûa keá. Thaønh ngaên (ñaàu vaøo 3 vaø ñaàu vaøo 5) giôùi haïn goùc vaøo vaø ra cuûa hoûa keá. Giaù trò toái öu cuûa noù cho pheùp baûo ñaûm söï chæ thò cuûa duïng cuï ño khoâng phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch ño. Chuùng ta coù theå quan saùt hình aûnh cuûa sôïi toùc boùng ñeøn treân phoâng cuûa vaät ño: phoâng chieáu saùng-daây toùc toái (hình 5.12a), phoâng toái-daây toùc saùng (hình 5.12c), nhôø coù bieán trôû Rb ta coù theå thay ñoåi cöôøng ñoä doøng ñieän ñi qua ñeøn cho ñeán khi maø ñoä saùng cuûa daây toùc baèng ñoä saùng cuûa vaät ño. Khi ñoù kim chæ cuûa mA vôùi söï chia ñoä theo aùnh saùng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä seõ cho bieát nhieät ñoä töông öùng cuûa vaät.
3 4 1 2 6 5 7 a1 T°>TH T°=TH b1 Rb mA c1 T°
phaùt ra töø vaät ño ñöôïc so saùnh vôùi böùc xaï cuûa moät nguoàn oån ñònh (moät ñeøn sôïi ñoát nhoû). Loaïi hoûa keá quang ñieän thöù hai phöùc taïp hôn, nhöng chính xaùc hôn vì söï chæ thò cuûa noù khoâng phuï thuoäc vaøo ñaëc tính cuûa phaàn töû thu vaø ñaëc tính cuûa maïch ñieän töû. Chuùng ta haõy khaûo saùt loaïi hoûa keá naøy (hình 5.13). 2 3 5 6 7 8 4 10 9 1 UCQ Hình 5.13 Sô ñoà hoûa keá quang ñieän. OÁng kính cuûa duïng cuï ngaém vaøo vaät ño sao cho quang thoâng truyeàn tôùi vaät kính (2) ñi qua maøng ngaên (3) vaø loã treân cuûa maøng chaén (5) vaø ñöôïc laøm giaûm baèng boä loïc maøu ñoû (6), sau ñoù ñeán phaàn töû thu quang ñieän (7). ÔÛ loã phía döôùi cuûa taám chaén (5), ngöôøi ta truyeàn moät quang thoâng töø nguoàn saùng (1), cung caáp doøng ñieän töø boä nguoàn (9) vaø ñöôïc ñieàu khieån baèng khuyeách ñaïi ñieän töû (8). Ñaàu vaøo laø doøng quang ñieän caáp töø teá baøo quang ñieän. Quang thoâng truyeàn ñeán teá baøo quang ñieän (7) theo pha ngöôïc laïi. Ñieàu naøy ñöôïc thöïc hieän nhôø cöûa ñieàu tieát (4) noù laàn löôït caét caùc loã cuûa maøng ngaên (5). Hình daùng cuûa cöûa ñieàu tieát vaø loã cuûa
taám chaén (5) thöïc hieän sao cho moãi khi quang phoå truyeàn tôùi teá baøo quang ñieän seõ taïo ra moät doøng ñieän hình sin ñaûo pha. Do ñoù khi quang phoå cuûa ñeøn vaø cuûa vaät ño laø nhö nhau hay chính xaùc hôn: ñoä choùi nhö nhau, taùc duïng ñaûo pha seõ taïo ra treân teá baøo quang ñieän moät doøng ñieän moät chieàu. Neáu cöôøng ñoä quang thoâng cuûa chuùng khaùc nhau, ví duï khi nhieät ñoä thay ñoåi, thì trong maïch teá baøo quang ñieän seõ xuaát hieän thaønh phaàn doøng quang ñieän xoay chieàu, noù ñöôïc khuyeách ñaïi leân baèng boä khuyeách ñaïi (8) vaø ñöa qua taàn nhaïy pha cuûa khoái (9). Keát quaû laøm thay ñoåi doøng nung noùng ñeøn (1) cho ñeán khi quang thoâng cuûa chuùng caân baèng. Noùi moät caùch chính xaùc: quang thoâng cuûa ñeøn ñoâi khi khoâng baèng quang thoâng cuûa vaät ño. Do ñoù vieäc caân baèng quang thoâng ñöôïc thöïc hieän theo sô ñoà buø töï ñoäng tyû leä. Nhöng nhôø coù heä soá khuyeách ñaïi lôùn neân sai soá caân baèng tónh cuûa heä thoáng nhoû. Nhö vaäy doøng ñieän cuûa ñeøn coù lieân heä ñôn trò vôùi ñoä choùi, do ñoù ta coù theå duøng noù ñeå ño nhieät ñoä cuûa vaät. Ta coù theå duøng moät ñieän theá keá ño ñieän aùp rôi treân ñieän trôû (10), thang ño cuûa ñieän theá keá chia vaïch töông öùng cuûa nhieät ñoä. Hoûa keá quang ñieän coù theå ño ñöôïc nhieät ñoä töø 800-20000C coù caáp chính xaùc 1 vaø 1,5.