红外热像仪在本科生创新实验教学中的应用
发布时间：2021-01-11 13:05
在本科传热学实验教学内容的基础上,利用红外热像仪直观、测温速度快及非接触式测量等优点开设创新研究型实验项目,并建设成涵盖热传导、热辐射两种热传递模式的创新实践教学模型。从而为传统的传热学教学实验项目提供新的思路,让学生掌握红外热像仪的使用,学会对红外图像的分析,了解科学研究和自主设计实验的方法,同时提升工程实践及科研能力。
【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
半无限大物体热传导理论模型
以光滑铜片、白纸片、黑色橡胶3种材料为例，由于红外热成像仪会接收到物体自身辐射，环境反射辐射，大气辐射作为有效辐射[10]，需要先将热成像仪参数———反射温度、大气温度、拍摄距离调整至正确数值，将3种材料固定在恒温加热台上，并在不同的温度下拍摄热成像图片。使用FLIR Research IR Max分析得到物体辐射出射度，做出温度与辐射出射度的关系图像，见图2(a)，辐射出射度随温度升高而增加。做出辐射出射度与温度的4次方关系图并进行线性拟合，见图2(b)，其中光滑铜片实验组相关系数为0.999 6，白纸实验组相关系数为0.999 2，黑色橡胶实验组相关系数为0.999 8，说明低温下热辐射满足斯特藩-玻尔兹曼定律。2.2 热传导实验
由图4(a)可见，以第1类边界条件为理论基础所得曲线与实际温度随传导距离变化曲线契合度低，而图4(b)中第3类边界条件所得曲线明显更贴近实际情况。其原因为本实验中试样与热源并不是紧密连接，即中间有空气作为换热介质，此情况符合第3类边界条件所假设的存在恒定换热系数的换热流体。同时，从图4(b)中可看出随着加热时间的增大(从100、200到300 s)，理论温度和实际温度差值逐渐增大，特别是在传导距离为140 mm处，温度差增大极为明显。这说明理论数据随加热时间增大准确性会变差。此现象刚好符合本实验的理论假设———瞬时非稳态导热。当加热时间过长时此理论不再适用。经过整套实验的学习和训练，学生将熟练掌握红外热像仪的使用，以及实验设计与操作的科学步骤，使其对专业理论知识的理解更深入且能更好地应用到实际情况中。图4 两类边界条件下理论数据与实际数据“时间-温度-传导距离”曲线对比图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于红外热像仪的铝蜂窝板结构检测与分析[J]. 梅洁,王书文. 农业装备与车辆工程. 2018(07)
[2]红外热像仪检测诊断系统电路设计与实现[J]. 孙斌,曹海源,初华,黎伟,米朝伟. 计算机测量与控制. 2015(06)
[3]红外热像仪MRTD测试方法研究[J]. 田留德,刘朝晖,赵建科,赵怀学,潘亮,段亚轩,龙江波,周艳. 红外技术. 2015(05)
[4]红外线成像实验教学研究与实践[J]. 仇惠,高杨,封子宏. 中国医学物理学杂志. 2012(01)
[5]物理实验研究性课题式教学方法的实现与探讨[J]. 陈水桥,陈洪山. 物理实验. 2008(06)
[6]距离对红外热像仪测温精度的影响及校正方法研究[J]. 孙丽,宦克为,邸旭,石晓光,郑峰. 长春理工大学学报(自然科学版). 2008(01)
[7]红外热像仪用于医学中[J]. 杨爱明,杨宇,余仕汝,高绍阳,张曙. 红外技术. 2004(06)
[8]热像仪测量物体表面辐射率及误差分析[J]. 杨立,寇蔚,刘慧开,初明忠. 激光与红外. 2002(01)
[9]红外热像仪的原理和技术发展[J]. 吴宗凡. 现代科学仪器. 1997(02)
本文编号：2970818
【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
半无限大物体热传导理论模型
以光滑铜片、白纸片、黑色橡胶3种材料为例，由于红外热成像仪会接收到物体自身辐射，环境反射辐射，大气辐射作为有效辐射[10]，需要先将热成像仪参数———反射温度、大气温度、拍摄距离调整至正确数值，将3种材料固定在恒温加热台上，并在不同的温度下拍摄热成像图片。使用FLIR Research IR Max分析得到物体辐射出射度，做出温度与辐射出射度的关系图像，见图2(a)，辐射出射度随温度升高而增加。做出辐射出射度与温度的4次方关系图并进行线性拟合，见图2(b)，其中光滑铜片实验组相关系数为0.999 6，白纸实验组相关系数为0.999 2，黑色橡胶实验组相关系数为0.999 8，说明低温下热辐射满足斯特藩-玻尔兹曼定律。2.2 热传导实验
由图4(a)可见，以第1类边界条件为理论基础所得曲线与实际温度随传导距离变化曲线契合度低，而图4(b)中第3类边界条件所得曲线明显更贴近实际情况。其原因为本实验中试样与热源并不是紧密连接，即中间有空气作为换热介质，此情况符合第3类边界条件所假设的存在恒定换热系数的换热流体。同时，从图4(b)中可看出随着加热时间的增大(从100、200到300 s)，理论温度和实际温度差值逐渐增大，特别是在传导距离为140 mm处，温度差增大极为明显。这说明理论数据随加热时间增大准确性会变差。此现象刚好符合本实验的理论假设———瞬时非稳态导热。当加热时间过长时此理论不再适用。经过整套实验的学习和训练，学生将熟练掌握红外热像仪的使用，以及实验设计与操作的科学步骤，使其对专业理论知识的理解更深入且能更好地应用到实际情况中。图4 两类边界条件下理论数据与实际数据“时间-温度-传导距离”曲线对比图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于红外热像仪的铝蜂窝板结构检测与分析[J]. 梅洁,王书文. 农业装备与车辆工程. 2018(07)
[2]红外热像仪检测诊断系统电路设计与实现[J]. 孙斌,曹海源,初华,黎伟,米朝伟. 计算机测量与控制. 2015(06)
[3]红外热像仪MRTD测试方法研究[J]. 田留德,刘朝晖,赵建科,赵怀学,潘亮,段亚轩,龙江波,周艳. 红外技术. 2015(05)
[4]红外线成像实验教学研究与实践[J]. 仇惠,高杨,封子宏. 中国医学物理学杂志. 2012(01)
[5]物理实验研究性课题式教学方法的实现与探讨[J]. 陈水桥,陈洪山. 物理实验. 2008(06)
[6]距离对红外热像仪测温精度的影响及校正方法研究[J]. 孙丽,宦克为,邸旭,石晓光,郑峰. 长春理工大学学报(自然科学版). 2008(01)
[7]红外热像仪用于医学中[J]. 杨爱明,杨宇,余仕汝,高绍阳,张曙. 红外技术. 2004(06)
[8]热像仪测量物体表面辐射率及误差分析[J]. 杨立,寇蔚,刘慧开,初明忠. 激光与红外. 2002(01)
[9]红外热像仪的原理和技术发展[J]. 吴宗凡. 现代科学仪器. 1997(02)
本文编号：2970818
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