WSTĘP

Każde ciało o temperaturze powyżej 0

0

K, tj. powyżej temperatury zera bezwzględnego

emituje promieniowanie cieplne, zwane też temperaturowym, mające naturę fali

elektromagnetycznej. Na rysunku poniżej przedstawiono zależność natężenia promieniowania

i

o

od długości fali

λ

dla różnych wartości temperatur powierzchni ciała emitującego

promieniowanie.

λ

Jest to graficzna ilustracja tzw. prawa Plancka, które można zapisać następującym

równaniem:

gdzie:

c = 299 792 458 m/s - prędkość światła w próżni,

h = 6,626176 • 10

-34

Ws

-2

- stała Plancka

k = 1,380662 • 10

-23

Ws/K - stała Boltzmanna

Z przebiegów krzywych na powyższym rysunku wynika, że dla małych długości

i niskich temperatur natężenie promieniowania jest bardzo małe, takie, że dla temperatur

poniżej 500°C w widzialnym zakresie jest niewidzialne, gdyż oko ludzkie już nie reaguje na

to promieniowanie. Natomiast jest wykrywane przez receptory ciepła rozmieszczone na

powierzchni ciała ludzkiego. Jeżeli temperatura promieniującego ciała jest wyższa od 500°C,

to znaczna część promieniowania leży już w zakresie widzialnym (A < 0,78 |im).

Zmianie temperatury obiektu towarzyszy zmiana intensywności tego promieniowania. Do

pomiaru „promieniowania termicznego" pirometry wykorzystują fale o długości w zakresie

między 1 a 20

µ

m. Intensywność emitowanego promieniowania zależy od rodzaju materiału.

Ta stała materiałowa jest opisana przy pomocy emisyjności, która jest znana dla większości

materiałów (zał.A) .

Pirometry są przyrządami optoelektronicznymi. Wyznaczają temperaturę powierzchni na pod-

stawie emitowanej przez obiekt energii promieniowania. Najważniejszą cechą pirometru jest

możliwość pomiaru bezkontaktowego. Pirometry zazwyczaj składają się z następujących

podstawowych elementów składowych:

• optyka

• filtr spektralny

• detektor

• elektronika (wzmacniacz / linearyzacja / przetwarzanie sygnału)

Parametry optyki określają ścieżkę optyczną pirometru, która jest charakteryzowana za po-

mocą współczynnika zwanego rozdzielczością optyczną (odległość do rozmiaru pola

pomiarowego).

Filtr spektralny określa przedział długości fal, który jest istotny dla pomiaru temperatury.

Detektor we współpracy z elektroniką przetwarzającą, zamienia promieniowanie

podczerwone w sygnał elektryczny.

Natężenie promieniowania podczerwonego, które jest emitowane przez każde ciało,

zależy (zgodnie z prawem Stefana-Bolzmanna) od temperatury tego ciała.

Zależy także od właściwości powierzchniowej materiału z którego jest ono wykonane.

Emisyjność (

εεεε

) jest używana jako stała materiałowa opisująca zdolność ciała do emitowania

energii promieniowania. Może przyjmować wartości w zakresie między 0 a 1.0. „Ciało

doskonale czarne" jest idealnym źródłem promieniowania o emisyjności wynoszącej 1,0

podczas gdy lustro wykazuje emisyjność na poziomie około 0,1.

Jeśli wybrana wartość emisyjności jest za duża, pirometr może wyświetlać wartość

temperatury znacznie niższą niż wartość rzeczywista - zakładając, że obiekt mierzony jest

cieplejszy od otoczenia. Niska emisyjność (powierzchnie błyszczące) niesie ryzyko

niedokładnych wyników pomiaru z uwagi na interferencje promieniowania emitowanego

przez obiekty znajdujące się wokół (płomienie, systemy grzewcze, wykładziny

ognioodporne). Aby zminimalizować w takich przypadkach błędy pomiarowe, należy bardzo

starannie posługiwać się przyrządem, który powinien być chroniony od źródeł

promieniowania odbitego.

METODY WYZNACZANIA NIEZNANEJ EMISYJNOŚCI

Metoda 1.

• Wyznaczamy temperaturę mierzonego obiektu za pomocą termopary lub innego czujnika

stykowego.

• Następnie mierzymy temperaturę obiektu przy pomocy pirometru modyfikując wartość

emisyjności do takiej wartości, aż wskazywana wartość temperatury będzie zgodna

z temperaturą rzeczywistą.

Pomiar temperatury obiektu przy pomocy termopary stykowej

Metoda 2.

• Pokrywamy część obiektu czarną farbą o emisyjności wynoszącej 0.95 - 0.98

• W przyrządzie ustawiamy emisyjność na poziomie 0.95

• Dokonujemy pomiaru temperatury w zamalowanym miejscu.

Następnie wyznaczając temperaturę sąsiadującej powierzchni obiektu ustawiamy taką wartość

emisyjności aby uzyskany rezultat był identyczny z temperaturą mierzoną w miejscu

zamalowanym.

Jeśli zastosowanie żadnej z opisanych wcześniej metod nie jest możliwe w wyznaczeniu

emisyjności można użyć wartości z tabeli (zał.A). Są to tylko wartości średnie. Rzeczywista

emisyjność materiału zależy od następujących czynników:

• temperatury

• kąta pomiaru

• geometrii powierzchni

• grubości materiału

• stanu powierzchni (polerowana, utleniona, chropowata, piaskowana)

• zakresu spektralnego

• przepuszczalności (np. cienkich folii)

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Metodą porównania temperatur określ emisyjność wskazanej przez prowadzącego

przegrody budowlanej,

2. Przy pomocy pirometru określ temperatury na wskazanym przez prowadzącego fragmencie

przegrody budowlanej (okno, ściana itp.)

3. Odczytywane temperatury należy nanieść na wcześniej przygotowany szkic przegrody

wraz założoną siatką pomiarową,

4. Naszkicuj izotermy (linie łączące punkty jednakowych temperatur) dla rozpatrywanego

przypadku.

Fragment okna z naniesioną siatką pomiarową.

Uwaga: Podczas posługiwania się pirometrem wyposażonym w celownik laserowy należy

zachować ostrożność. Nie należy kierować wiązki lasera w stronę oczu, lustrzanych

powierzchni, innych osób. Nie przestrzeganie tych zasad może spowodować trwałe

uszkodzenie wzroku !

SPRAWOZDANIE

-Sprawozdanie powinno zawierać szkic pola temperatur badanej przegrody.

- Wykres rozkładu temperatur wzdłuż wysokości wskazanego przez prowadzącego

fragmentu ściany zewnętrznej w laboratorium.

- Omówienie wyników.

Załącznik A

Materiał

T,°C

εεεε

Aluminium chropowate

26

0,055

Aluminium polerowane

255-575

0,039-0,057

Brąz chropowaty

50-150

0,55

Brąz polerowany

50

0,10

Cegła czerwona

20

0,93

Cegła krzemionkowa matowa

100

0,80

Cegła szamotowa

1100

0,75

Chromonikiel

125-1034

0,64-0,76

Cynkowana blacha jasna

28

0,228

Gips

20

0,903

Cynkowana blacha utleniona

24

0,278

Farba aluminowa

150-315

0,35

Lakier biały

40-95

0,8-0,95

Lakier czarny błyszczący

25

0,875

Lakier czarny matowy

40-95

0,96-0,98

Lód gładki

0

0,966

Lód chropowaty

0

0,985

Marmur

22

0,931

Miedź polerowana

20-115

0,018-0,023

Miedź utleniona przy 600°C

200-600

0,57-0,87

Mosiądz utleniony przy 600°C

200-600

0,61-0,59

Nikiel polerowany

100-375

0,045-0,087

Nikiel utleniony przy 600°C

200-600

0,37-0,48

Papa

20

0,93

Papier

19

0,924

Sadza

0-370

0,945

Srebro polerowane

225-625

0,0198-0,0324

Stal nierdzewna

480-800

0,220-0,575

Węgiel czysty

125-625

0,81-0,79

Zaprawa wapienna chropowata

20-200

0,93