WSTĘP

Każde ciało o temperaturze powyżej 00K, tj. powyżej temperatury zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne, zwane też temperaturowym, mające naturę fali elektromagnetycznej. Na rysunku poniżej przedstawiono zależność natężenia promieniowania io 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 20µm. 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 pomocą 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 (ε) 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 wyposaż onym w celownik laserowy należ y

zachować ostroż ność . Nie należ y kierować wią zki lasera w stronę oczu, lustrzanych

powierzchni, innych osób. Nie przestrzeganie tych zasad moż e 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

ε

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