мр ПО ЛП. 1 Организация и порядок выполнения лабораторных работ 1 Организация работ в лаборатории
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Для контроля облученности и измерения доз облучения служат производственные фотометрические приборы. Серийный выпуск их пока не налажен. Ниже приведен список некоторых приборов, выпускаемых в России малыми сериями. Таблица 1.2 Характеристика приборов
Исключение составляют люксметры для измерения освещенности. Люксметры - это наиболее доступные и популярные фотоизмерительные приборы. Нашей промышленностью (ЛПО «Вибратор») выпускаются люксметры типов Ю-116 (ранее Ю-16), Ю-117, ЛКП, ЛM-3. Два последних чаще используют в кинотехнике. Принципиальные схемы этих приборов примерно одинаковы. В них применяют гальванический вентильный принцип работы селенового фотодиода (рис.1.3). Для очень малых уровней освещенности сигнал от фотоэлемента усиливается. Селеновый фотоэлемент имеет спектр чувствительности, близкий к спектру чувствительности глаза человека, поэтому он выбран для измерения освещенности. Методика измерения световых величин Практически все световые величины, которые необходимо экспериментально определять при выполнении лабораторных работ, измеряют косвенным путем по освещенности. Поэтому на практике определяют освещенность, а по ней уже рассчитывают остальные световые параметры. При измерении освещенности необходимо следить за тем, чтобы на приемную часть фотоэлемента не падали случайные тени от человека или оборудования. Положение гальванометра должно быть горизонтальным. Учитывая влияние напряжения питания на поток источников света, его следует каждый раз контролировать. Люксметры всех трех типов содержат селеновые фотоэлементы, вмонтированные в оправу с ручкой, и микроамперметр, шкала которого проградуирована в люксах. Люксметр Ю116 имеет два основных диапазона измерений - от 5 до 30 и от 20 до 100 лк. Шесть дополнительных диапазонов получают из основных за счет применения трех нейтральных светофильтров КМ,КР и ATс коэффициентами ослабления потока соответственно 10, 100 и 1000. Стрелочный прибор магнитоэлектрической системы М2027 смонтирован в одном корпусе с переключателем диапазонов измерений и с вилкой для подключения селенового фотоэлемента. Площадь светочувствительной поверхности фотоэлемента около 30 см2. Его подключают к измерительному прибору при помощи шнура длиной 1,5 м с розеткой. Люксметр проградуирован по лампе накаливания в основных диапазонах без светофильтров и дает погрешность измерений ±10 %. При переходе на дополнительные диапазоны измерений погрешность возрастает не более чем на ±5 %. Время остановки стрелки показывающего прибора менее 4 с. Для снижения косинусной погрешности измерений для фотоэлемента применяют специальную полусферическую насадку из белой светорассеивающей пластмассы. Насадку используют только с нейтральными светофильтрами. Селеновый фотоэлемент необходимо оберегать от избыточной освещенности, не соответствующей выбранным насадкам, В противном случае прибор перегружается, возрастает погрешность измерений и сам фотоэлемент быстро стареет. При проведении точных измерений надо учитывать, что приемная светочувствительная поверхность фотоэлемента и с насадками, и без насадок расположена на расстоянии 15 мм от основания его корпуса. Люксметр Ю117 по конструктивному исполнению аналогичен люксметру Ю116, отличается только тем, что имеет один основной (от 2 до 10 лк) и три неосновных (0,1 ...0.2 лк; 0,2... 1; 0,5... 3,9 лк) диапазона измерения. Поэтому в корпус люксметра вмонтирован усилитель на одной микросхеме, а двухклавишный переключатель заменен на восьмиклавишный. Погрешность измерения люксметра в основных диапазонах составляет ±10% от значения измеряемой освещенности, кроме диапазона 0,1...0,2 лк, в котором погрешность ± 30%.  Рисунок 1.5 Принципиальная электрическая схема люксметра Ю116 Цифровой измеритель освещенности АТТ-1508 предназначен для измерения освещенности в диапазоне 0,1...20 000 лк с погрешностью ±5 % от различных источников света: ламп накаливания и газоразрядных ламп. Прибор имеет функции удержания текущего показания, записи максимального, минимального и среднего показаний, относительного показания в процентах. Прибор снабжен жидкокристаллическим дисплеем с высокой яркостью результатов измерения. В качестве датчика использован фотодиод с фильтром коррекции цвета. Измеритель освещенности АТТ-1505 предназначен для измерения освещенности в диапазоне 0...50000 лк с погрешностью ± 4 % от источников света различного типа: естественного света, ламп накаливания, газоразрядных ламп. Прибор имеет функции удержания текущего показания, записи максимального, минимального и среднего значений, относительных измерений в процентах, измерения в люксах, автоматического выключения прибора, передачи данных в компьютер. Датчиком света служит специализированный фотодиод с цветокорректирующим фильтром. Результаты измерений выдает дисплей — высококонтрастный ЖКИ. Прибор «ТКА-Люкс» предназначен для измерения освещенности, создаваемой любыми произвольно пространственно расположенными источниками излучения, в диапазоне 1...20000 лк с погрешностью 6 %. Прибор имеет цифровую индикацию. Методика измерения ультрафиолетового излучения В практике сельскохозяйственного производства ультрафиолетовое излучение принято оценивать количественно по получаемому эффекту. Для этого приемник измерительного прибора должен иметь спектральную чувствительность, близкую к спектральной чувствительности объекта облучения или спектру действия ультрафиолетового излучения. За критерий его оценки принимают эритемное, витальное, антирахитное действия. Однако наиболее распространенным считается первое понятие. Имеющаяся справочная информация и выпускающиеся измерительные приборы основаны именно на понятии эритемного действия. Эрметр УМФ-71 предназначен для измерения средней сферической эритемной облученности от искусственных источников ультрафиолетового излучения. Эрметр УБФ используют для измерения эритемной облученности отдельно в области А (3)5...380 нм) и в области В (280... 315 нм). Бактметр УФБ-1А служит для измерения бактерицидной облученности в диапазоне длин волн 240...275 нм. Люксметр + УФ - радиометр «ТКА-ПКМ» предназначен для измерения освещенности в диапазоне 10...200 000 лк с погрешностью 8 % и ультрафиолетовой облученности в диапазоне 10... 40000 мВт/м2 с погрешностью 6 % в спектральном диапазоне 280...400 нм (области А и В). Прибор имеет цифровую индикацию. УФ - радиометр «ТКА-ПКМ» предназначен для измерения ультрафиолетовой облученности в трех спектральных диапазонах: зона С 200...280 нм, зона В 280...315 нм, зона А 315...400 нм и в энергетическом диапазоне 1...40000 мВт/м2 с погрешностью до 17 %. Результаты измерений выдает жидкокристаллический дисплей. Цифровой измеритель УФ - облученности АТТ-1515 предназначен для работы в энергетическом диапазоне 0...200 мВт/см2 с погрешностью ±5 %. Имеет функции удержания текущего показания, записи максимального, минимального и среднего показаний, передачи данных в компьютер. В качестве датчика использован специальный фотодиод с фильтром коррекции цвета. Считывание результатов измерений обеспечивает высококонтрастный жидкокристаллический дисплей. Методика измерения инфракрасного излучения В измерительных приемниках инфракрасное излучение преобразуется в энергию других видов: тепловую, электрическую, механическую. Наиболее широкое применение для измерения инфракрасного излучения в облучательных установках находят термоэлектрические приемники, в которых инфракрасное излучение нагревает термопары, а на их выводах возникает термо ЭДС, пропорциональная энергии излучения. На основе этих приемников разработаны и выпускаются промышленностью пиранометры Ю. Д. Янишевского, Б. П. Козырева, специальный прибор ИКМ-71 для измерения инфракрасного излучения и др. Для примера рассмотрим методику измерений и вычислений инфракрасной облученности пиранометром с подключенным к нему гальванометром ГСА-1. Электрические инфракрасные источники излучают основную долю энергии на участке спектра 0,8...2 мкм. Поэтому измерение облученности пиранометром со светофильтром КС-19 в диапазоне длин волн 710...2500 нм дает погрешность менее 10 %. Для расширения пределов измерений в цепь термобатареи включают добавочные сопротивления: внутреннее добавочное сопротивление гальванометра или какое-то внешнее сопротивление. В этом случае в приведенных выражениях значение добавочного сопротивления прибавляют к сумме сопротивлений термобатареи и прибора, а выражение облученности принимает вид: Для измерения температуры излучающей поверхности инфракрасного источника или поверхности облучаемого объекта можно использовать четырехканальный цифровой измеритель температуры АТТ-2004. Прибор укомплектован хромель-алюмелевыми и железо-константановыми термопарами, обеспечивающими измерение температур в диапазоне -100... + 1300 °С с погрешностью 0,5 %. Он имеет следующие функции: фиксацию показаний, запись максимального и минимального значений температуры, передачу результатов в компьютер. Измерения температуры облучаемого объекта следует проводить инфракрасным термометром АТТ - 2508. Прибор служит для бесконтактного измерения температуры в диапазоне -10...+300 °С с погрешностью ±2 % и разрешением 0.1 °С. Он имеет инфракрасный датчик и жидкокристаллический дисплей. Использование прибора эффективно для измерения температуры кожного покрова животных и птицы; поверхностей, находящихся под напряжением; грязных и труднодоступных поверхностей; в автоматизированных системах измерения температуры. Методика измерения фитовеличин оптического излучения Органические вещества образуются из неорганических только при поглощении растениями энергии оптического излучения. Энергетическое воздействие оптического излучения оценивают либо по потоку фотосинтетические активного, потенциально доступного растению излучения, либо конкретно по его способности обеспечить процесс фотосинтеза. В первом случае для измерений используют систему энергетических величин и приборы с неселективными приемниками теплового действия; во втором — систему фитовеличин и специальные приборы, спектральная чувствительность которых близка к спектральной чувствительности «среднего» листа растений [3]. Пиранометр Янишевского в сочетании со светофильтрами ЖС-11 и КС-19 позволяет измерять облученность в энергетических единицах (Вт/м2) в трех диапазонах оптического излучения: 300...2750, 400...2750 и 710...2750 нм. Это значит, что пиранометром можно измерять общую облученность в диапазоне 300...2750 нм, в ультрафиолетовом диапазоне 300...400 нм (разность показаний прибора без светофильтров и со светофильтром ЖС-11), в инфракрасном диапазоне (со светофильтром КС-19) и фитооблученность (разность измерений со светофильтрами ЖС-11 и КС-19). Фитофотометры ФИТОМ-70 и ФФМ-71 предназначены для измерения фитооблученности в единицах системы фитовеличин (фит/м2) от любого источника оптического излучения. Радиометр РОИ-82 применяют для измерения энергетической освещенности в диапазоне 0,01...500 Вт/м", создаваемой искусственными источниками излучения. Спектральный диапазон измерений: 220...270 нм, 280...320, 320...400, 280...400, 380...710 нм. Относительная погрешность измерения меньше 15 %. Автоматический дозиметр ДАУ-81 используют для измерения энергетической освещенности в диапазоне 0,1…500 Вт/м2 и дозы облучения 10...1,5·107 Дж/м2 в точно таких же спектральных диапазонах, что и прибор РОИ-82. Дозиметр может контролировать процесс облучения и отключать источник оптического излучения при получении объектом заданной дозы. Полосовой спектрорадиометр СРП-86 обеспечивает измерение облученности в диапазоне 0,01...2000 Вт/м2, создаваемой различными источниками оптического излучения в спектральных поддиапазонах: 220...280 нм, 280...320, 320...400, 400...720. 720...2700, 1700...3300, 3300...6300. 6000... 10000, 1100... 10000 нм. Погрешность измерения меньше 10 %. Общая методика измерений и обработка полученных результатов При выполнении лабораторных работ от точности измерений зависит качество и достоверность получаемых результатов и возможность на их основе сделать правильные выводы. Поэтому измерения следует проводить как можно внимательнее и точнее. Однако точность при этом должна соответствовать точности измерительных приборов. Например, если с помощью прибора можно измерить величину с известной погрешностью (по классу прибора) до десятых долей, то нет смысла проводить измерения до сотых долей. Следовательно, перед началом любых измерений необходимо определить, исходя из погрешности используемых приборов, разумную достижимую точность этих измерений и только затем выполнять саму работу. Лабораторные измерения освещенности при помощи люксметра Для измерения освещенности используют специальные приборы, показывающие величину непосредственно в люксах и называемые люксметрами. Самое широкое распространение получили переносные люксметры, состоящие из селенового фотоэлемента и чувствительного электроизмерительного прибора. Селеновый фотоэлемент - это полупроводниковый прибор с запирающим слоем. Принцип его действия основан на фотоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что под действием света возникает электрический ток. Сила электрического тока, проходящего по фотоэлементу, прямо пропорциональна его освещенности. Селеновый фотоэлемент обладает кривой спектральной чувствительности, которая приближается к кривой чувствительности глаза. Благодаря этому при помощи специальных цветных светофильтров удается получить спектральную чувствительность селенового фотоэлемента, очень близкую к спектральной чувствительности глаза. Применение такого светофильтра снижает чувствительность фотоэлемента. Так как селеновый фотоэлемент - не вполне устойчивый измерительный прибор и его показания подвержены колебаниям из-за изменения температуры, длительности освещения и т.д., то для получения более точных результатов надо измерять освещенность несколько раз и усреднять данные. Для изучения технических данных люксметра и правил работы с ним следует использовать техническое описание прибора. После знакомства с документацией прибора, усвоения правил работы проводится измерение освещенности в помещении, указанном преподавателем, например, в учебной аудитории. На уровне рабочей поверхности, следуя по прямой, необходимо измерить освещенность через каждые 0,5 м. Точки, в которых проводились замеры, нужно отметить мелом; измерения провести трижды в одних и тех же точках, занося показания прибора в таблицу 1.3. Таблица 1.3 Измерение освещенности
Используя удобный масштаб, построить на миллиметровой бумаге графики освещенности по выбранной прямой. Приборы для измерения оптических излучений состоят из двух частей: приемника излучения (датчика) и блока, включающего сам прибор, коммутационные и регулирующие элементы и устройство питания. Содержание отчета Сделать краткий конспект лабораторной работы. Отобразить в конспекте предусмотренные работой рисунки и схемы. Изучить устройство и принцип действия люксметра, предложенного преподавателем. Произвести контрольные замеры освещенности согласно методике работы. Сделать вывод. Контрольные вопросы Принцип работы и устройство фотометрических приборов. Устройство и назначение фоторезистора. Устройство и назначение селенового фотоэлемента (фотодиода). Работа схемы измерителя облученности Методика измерения световых величин. Приборы для измерения освещенности. Методика измерения ультрафиолетового излучения. Приборы для измерения УФ излучений. Методика измерения фитовеличин оптического излучения. Приборы для измерения фитооблученности. Устройство, принцип действия, работа с лабораторным люксметром. Что такое темновой ток. Селеновый фотоэлемент. Литература Баранов Л.А., Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. – М.: КолосС, 2006. – 344 с., ил. Живописцев Е. Н., Косицын О. А. Электротехнология и электрическое освещение. — М.: Агропромиздат, 1990. Жилинский Ю. М., Кумин В. Д. Электрическое освещение и облучение. — М: Колос, 1982, 272 с. Кожевникова Н. Ф., Алферова Л. К., Лямцов А. К. Применение оптического излучения в животноводстве. — М.: Россельхозиздат, 1987, 88 с. Козинский В. А. Электрическое освещение и облучение. — М.: Агропромиздат, 1991. Лабораторная работа № 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||