Интенсивность теплового облучения прибор для измерение. Приборы для измерения интенсивности теплового излучения

Тепловое излучение - этоэлектромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии.

Оно обуславливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения колеблющихся ионов.

Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому тепловое излучение не всегда воспринимается глазом.

Тело. Нагретое до высокой температуры значительную часть энергии испускает в видимом диапазоне, а при комнатной температуры- энергия испускается в инфракрасной части спектра.

По международным стандартам различают 3 области инфракрасного излучения:

1. Инфракрасная область А

λ от 780 до 1400 нм

2. Инфракрасная область В

λ от 1400 до 3000 нм

3. Инфракрасная область С

λ от 3000 до 1000000 нм.

Особенности теплового излучения.

1. Тепловое излучение- это универсальное явление присущее всем телам и происходящее при температуре отличной от абсолютного нуля (- 273 К).

2. Интенсивность теплового излучения и спектральный состав зависят от природы и температуры тел.

3. Тепловое излучение является равновесным, т.е. в изолированной системе при постоянной температуре тела излучают за единицу времени с единицы площади столько энергии, сколько получают извне.

4. Наряду с тепловым излучением все тела обладают способностью поглащать тепловую энергию извне.

2 . Основные характеристики поглощения .

1. Лучистая энергия W (Дж)

2. Лучистый поток Р = W/t (Вт)

(Поток излучения)

3. Излучательная способность (энергитическая светимость)- это энергия электромагнитного излучения, излучаемая по всем возможным направлениям за единицу времени с единицы площади при данной температуре

RT= W/St (Вт/м2)

4. Поглощательная способность (коэффициент поглощения) равен отношению лучистого потока, поглощенного данного тела к лучистому потоку, упавшему на тело при данной температуре.

αт = Рпогл / Рпад.

3. Тепловые излучатели и их характеристика.

Понятие абсолютно чёрного тела.

Тепловые излучатели- это технические устройства для получения теплового лучистого потока. Каждый тепловой источник характеризуется излучательной способностью, поглащательной способностью, температурой излучательного тела, спектральным составом излучения.

В качестве стандарта введено понятие абсолютно чёрного тела (а.ч.т.)

При прохождении света через вещество, лучистый поток частично отражается, частично поглащается, рассеивается и частично проходит через вещество.

Если тело полностью поглощает падающий на него световой поток, то его называют абсолютно чёрное тело.

Для всех длин волн и при любых температурах коэффициент поглощения α=1. Абсолютно чёрного тела в природе нет, но можно указывать на тело близкое к нему по своим свойствам.

Модельно а.ч.т. является полость с очень малым отверстием стенки которого зачернены. Луч, попавший в отверстие после многократных отражений от стенок, будет поглощён практически полностью.

Если нагреть такую модель до высокой температуры, то отверстие будет светиться, такое излучение называется чёрным излучением. К а.ч.т. близки поглощательные свойства чёрного бархата.

α для сажи = 0,952

α для чёрного бархата = 0,96

Примером служит зрачок глаза, глубокий колодец и т.д.

Если α=0, то это обсолютно зеркальная поверхность. Чаще α находится в пределах от 0 до 1, такие тела называются серыми.

У серых тел коэффициент поглощения зависит от длины волны, падающего излучения и в значительной степени от температуры.

4. Законы теплового излучения и их характеристика

1. Закон Киркгофа :

отношение излучательной способности тела к поглощательной способности тела при одинаковой температуре и при одинаковой длине волны есть величина постоянная.

2. Закон Стефана-Больцмана :

излучательная способность а.ч.т. пропорциональначетвёртой степени его абсолютной температуры.

δ- постоянная Стефана-Больцмана.

δ=5,669*10-8 (Вт/ м2*К4)

W=Pt=RTSt= δStT4

Т-температура

При увеличении температуры (Т) мощность излучения растёт очень быстро.

При увеличении времени (t) до 800 мощность излучения увеличится в 81 раз.

Тепловизор – оптико-электронный измерительный прибор, предназначенный для бесконтактного наблюдения и фиксации распределения температуры исследуемой поверхности. Тепловизоры в настоящее время являются полноценным компонентом набора инструментов технических инженеров – контроль температуры применяется во всех отраслях промышленности и строительства.

Пирометр - прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

48.Технические мероприятия профилактики вредного влияния теплового излучения и высоких температур .

К числу мероприятий, способных ослабить вредное действие тепл. излучения, относятся: механизация работ, напр. на то, чтобы работники меньше подвергались тепловому облучению; устройство у тепловыделяющих произв. источников цепных или водяных завес; применение экранов из материалов, облад. малой теплопроводностью; осуществление аэрации горячих цехов; устройство специальных комнат отдыха, а также душей, снабжение работников подсол. газир. водой (3 г соли на 1 л воды); применение такой организации труда, которая допускает чередование лиц, работающих в сильно облучаемых местах; обязат. применение спец. очков для защиты от ИК излучения и особых стекол для предотвращения воздействия ультрафиолетовых лучей.

К группе санитарно-технических мероприятий относится применение коллект. средств защиты: локализация тепловыделений, теплоизоляция горячих поверхностей, экранирование источников либо раб. мест; возд. душирование, радиационное охлаждение, мелкодисперсное распыление воды; общеобменная вентиляция или кондиционирование воздуха. Общеобменной вентиляции при этом отводится ограниченная роль – доведение условий труда до допустимых с мин. эксплуат. затратами. Уменьшению поступления теплоты в цех способствуют мероприятия, обеспеч. герметичность оборудования. Плотно подогнанные дверцы, заслонки, блокировка закрытия технолог. отверстий с работой оборудования – все это значительно снижает выделение теплоты от открытых источников.

49. Средства коллективной защиты от вредного влияния теплового излучения и высоких температур .

Снижение уровня воздействия на работающих вредных веществ или его полное устранение достигается путем проведения технолог., санитарно - технических, лечебно - профилактич. мероприятий и применением СИЗ.

К технологическим мероприятиям относятся такие как внедрение непрер. технологий, автоматизация и механизация произв. процессов, дистанц. управление, герметизация оборудования, замена опасных технолог. процессов и операций менее опасными и безопасными.

Санитарно-технические мероприятия :

оборудование рабочих мест местной вытяжной вентиляцией или переносными местными отсосами, укрытие оборудования сплошными пыленепроницаемыми кожухами с эффективной аспирацией воздуха и др.

Когда технолог., санитарно-технические меры не полностью исключают наличие вредных веществ в воздушной среде, отсутствуют методы и приборы для их контроля, проводятся лечебно-профилактические мероприятия:

организация и проведение предварительных и периодических медицинских осмотров, дыхательной гимнастики, щелочных ингаляций, обеспечение лечебно-профил. питанием и молоком и др.

Особое внимание в этих случаях должно уделяться применению СИЗ, прежде всего для защиты органов дыхания (фильтрующие и изолирующие противогазы, респираторы, защитные очки, спец. одежда).

Определение интенсивности теплового излучения

Цель работы

Измерение интенсивности теплового излучения, определение эффективности теплозащитных экранов.

Теория метода

К теплоотражающим относят экраны, изготовленные из материалов, хорошо отражающих тепловое излучение. Это листовой алюминий, белая жесть, полированный титан и т.п. Такие экраны отражают до 95 % длинноволнового излучения. Непрерывное смачивание экранов такого типа водой позволяет задерживать излучение почти полностью.

Если же необходимо обеспечить возможность наблюдения за ходом технологического процесса при наличии теплового облучения, то в этом случае широко применяют цепные завесы, представляющие собой наборы металлических цепей, подвешенных перед источником излучения (эффективность до 60-70 %), и прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой водяной пленки. Эффективность защитного экрана определяется выражением:

где J 1 и J 0 - интенсивность теплового излучения после экрана и перед экраном соответственно.

Обработка опытных данных

Таблица результатов измерений

η В-х; η Х.э.

η Ал.э. ; η В.з.

Рисунок 1. Диаграмма интенсивности теплового излучения.

Рисунок 2. Диаграмма интенсивности теплового излучения.

Вывод

В ходе лабораторной работы было установлено, что наиболее эффективно от теплового излучения защищает алюминиевый экран (η Ал.э.=98%), наименее эффективно от теплового излучения защищает воздух (η В-х=47%) и воздушная завеса (η В.з.=55%).

Работа на промышленных предприятиях зачастую подразумевает выполнение трудовых функций в условиях воздействия различных факторов, представляющих потенциальную опасность для здоровья сотрудников и их трудоспособности. Одним из таких факторов является наличие теплового облучения на рабочем месте. В случае, если такое облучение имеет место, работодатель обязан принимать меры по нормированию его интенсивности, а также применять ряд защитных мер, чтобы снизить негативное воздействие на своих сотрудников.

Допустимые параметры теплового облучения

Разрешенная интенсивность теплового облучения в связи с характером производственного процесса установлена СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах» . В частности, этот документ устанавливает, что указанная интенсивность нормируется не только по абсолютным значениям, но и зависит от того, насколько велика площадь поверхности тела сотрудника, которая подвергается воздействию данного фактора.

При этом работодателю необходимо иметь в виду, что указанные нормативы действительно только для случаев, когда источник тепла, в непосредственной близости от которого работает сотрудник, нагрет до температуры, не превышающей 600 градусов. Если фактический уровень нагрева превышает этот порог, максимальный разрешенный уровень облучения должен составлять не более 140 Вт/кв.м, причем площадь поверхности тела, подвергающаяся облучению, должна составлять не более 25%. В таких условиях работник обязательно должен носить специальную защитную одежду и средства, закрывающие лицо и глаза.

Использование специальной одежды и других средств снижения вредного влияния

Вместе с тем, применение защитных средств и одежды в условиях повышенных температур в производственном помещении также имеет свои особенности. Так, в частности, их использование предполагает снижение нормативов температур, считающихся разрешенными в теплый сезон года, на два градуса. Указанное снижение должно быть применено в случае, если используемая одежда влечет за собой ухудшение характеристик теплообмена тела человека с окружающей средой. Это, в частности, описывается следующими параметрами одежды:

• проницаемость воздуха ниже 50 куб.дм/кв.м;
• проницаемость пара ниже 40 мг/кв.м*ч;
• гигроскопичность ниже 7%.

Помимо предоставления спецодежды и защитных средств, работодатель должен обеспечить сотруднику соблюдение режимов максимальной длительности пребывания на рабочем месте с повышенной температурой и дать ему возможность отдыха в помещении с нормальными микроклиматическими условиями.

Разрешенная температура окружающего воздуха

В случае наличия интенсивного теплового излучения на рабочем месте необходимо предусмотреть нормирование температуры окружающего воздуха. При этом установленные пределы разрешенных температур находятся в тесной связи с тем, к какой категории работ по уровню энергетических затрат принадлежат выполняемые сотрудником трудовые функции. В частности, допустимыми считаются следующие температурные показатели.

Указанные параметры являются допустимыми для того, чтобы в рамках проведения обязательной процедуры специальной оценки условий труда в соответствии с требованиями Федерального закона от 28 декабря 2013 г. N 426-ФЗ «О специальной оценке условий труда» такие условия были признаны допустимыми или оптимальными. В случае, если работодатель в силу объективных причин не в состоянии добиться требуемых показателей по температуре в помещении, такие условия будут признаны вредными или опасными.

Интенсивность теплового излучения (Вт/м 2) определяется с помощью измерителя плотности теплового потока ИПП–2.

Измеритель ИПП-2 предназначен для измерений по ГОСТ 25380-82 интенсивности теплового потока, проходящего через обмуровку и теплоизоляцию энергообъектов. В комплект с прибором входит преобразователь плотности теплового потока с датчиком на пружине ПТП–Х–П (рис. 3а) и зонд для измерения температуры поверхности (рис. 3б).

Рис. 3.3а. Зонд для измерения плотности теплового потока

с пружиной (ПТП-Х-П)

Рис. 3.3б. Зонд для измерения температуры поверхности

Конструктивно прибор ИПП-2 (рисунок 4) выполнен в пластмассовом корпусе. На передней панели блока располагаются кнопки В и », а на боковой поверхности располагаются разъёмы для подключения прибора к компьютеру и сетевого адаптера. На верхней панели расположен разъем для подключения первичного преобразователя плотности теплового потока или температуры.

Рис. 3.4. Внешний вид прибора ИПП-2:

1 – индикация режимов работы аккумулятора; 2 – индикация нарушения порогов; 3 – кнопка » ; 4 – кнопка В; 5 – разъём подключения первичного преобразователя; 6 – светодиодный четырехразрядный семисегментный индикатор; 7 – разъем для подключения к компьютеру; 8 – разъем для подключения сетевого адаптера

Функционирование прибора осуществляется в одном из режимов: РАБОТА и НАСТРОЙКА.

Режим РАБОТА. Является основным эксплуатационным режимом. В данном режиме производится циклическое измерение выбранного параметра. Кратковременным нажатием кнопки » осуществляется переход между режимами измерения плотности теплового потока и температуры, а также индикации заряда аккумуляторов в процентах 0...100%. Нажатием кнопки » в течение двух секунд осуществляется переход прибора в режим «SLEEP», в этом режиме прибор гасит светодиодную индикацию, но продолжает измерения температуры и запись статистики. Выход из режима «SLEEP» производится нажатием любой кнопки. Нажатием кнопки В в течение двух секунд осуществляется переход прибора в режим НАСТРОЙКА. Кратковременное нажатие кнопки В выключает/включает прибор. В выключенном состоянии прибор прекращает измерения и запись автоматической статистики, при этом все настройки работы прибора и часов реального времени сохраняются. В режиме РАБОТА прибор может производить периодическую автоматическую запись измеренных значений в энергонезависимую память с привязкой ко времени. Схема режима РАБОТА приведена на рисунке 5.

Рис. 3.5. Схема режима РАБОТА

Светодиодная индикация в режиме РАБОТА. Светодиод 1 (рис. 3.4) характеризует состояние аккумуляторной батареи. В режиме заряда при подключенном сетевом адаптере светодиод горит постоянно до состояния 100% зарядки, затем гаснет. В режиме работы с отключенным сетевым адаптером светодиод погашен, и в случае если батарея заряжена менее чем на 10%. Светодиод 2 (рис. 3.4) миганием информирует о нарушении порогов. В режиме «SLEEP» мигает точка в четвертом разряде семисегментного индикатора.

Режим НАСТРОЙКА. Предназначен для задания и записи в энергонезависимую память прибора требуемых при эксплуатации рабочих параметров измерения. Заданные значения параметров сохраняются в памяти прибора при отсутствии питания (исключение составляют дата/время). Общая схема режима НАСТРОЙКА приведена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Общая схема работы режима НАСТРОЙКИ

Данный режим позволяет настроить два порога, имеющиеся в приборе, по одному на каждый параметр. Пороги - это верхняя или нижняя границы допустимого изменения соответствующей величины. При превышении измеряемой температуры верхнего порогового значения или снижении ниже нижнего порогового значения прибор обнаруживает это событие и на индикаторе загорается светодиод 2 (рис. 3.4). Нарушение порогов также сопровождается звуковым сигналом.