lab 8 badniae czujnika zadalengo tem

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

INSTYTUT OPTOELEKTRONIKI

LABORATORIUM DETEKCJI SYGNAŁÓW OPTYCZNYCH

GRUPA:

……………………………..

PROTOKÓŁ DO

WICZENIA nr …..

Temat

wiczenia:

Zdalne pomiary temperatury

za pomoc

pirometru

Skład podgrupy nr .....

1. .…………………………

2. ………………………….

3. ………………………….

4. ………………………….

5. ………………………….

6. ………………………….

Data wykonania

wiczenia

…………………………...

Prowadz

wiczenie

…………………………….

Ocena

…………………………

Podpis prowadz

cego

……………………………

Tab. 1. Dane urz

dze

pomiarowych

Lp.

Nazwa urz

dzenia

Marka/Typ

Numer

Podstawowe dane

techniczne

1. Wprowadzenie

Pomiaru temperatury ciał stałych mo

emy dokona

metod

stykow

oraz bezstykow

. Metody

bezstykowe polegaj

na tym, ze o

rodek, którego temperatur

próbujemy ustali

nie ma

bezpo

redniego kontaktu z przyrz

dem pomiarowym, a czujnik pomiarowy reaguje na warto

ść

nat

ęż

enia emitowanego promieniowania temperaturowego badanego o

rodka.

Przykładem przyrz

du pomiarowego, który umo

liwia bezstykowy pomiar temperatur jest

pirometr optyczny. Pirometry to przyrz

dy, które pochłaniaj

promieniowanie termiczne

emitowane przez badane ciała. Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy pirometru. Składa

on z trzech zasadniczych elementów: układu optycznego, detektora promieniowania i układu

pomiarowego z wy

wietlaczem.

Rys. 1. Schemat blokowy pirometru

Układ optyczny skierowany na badany obiekt zbiera promieniowanie temperaturowe

(radiacja) i skupia je na powierzchni detektora. Detektor przetwarza otrzyman

energi

ciepln

sygnał elektryczny, a nast

pnie informacja o mierzonej wielko

ci podawana jest na wy

wietlaczu.

Zalet

pirometrów jest fakt,

e dokonuj

c bezstykowo pomiaru temperatury nie zaburzamy

pola temperaturowego badanego o

rodka, jednocze

nie mo

emy mierzy

temperatur

ciał w

trudno dost

pnych lub niebezpiecznych miejscach, a sam pomiar jest szybki.

Ze wzgl

du na zasad

działania wyró

niamy pirometry:

•

promieniowania całkowitego (radiacyjne),

•

fotoelektryczne (pasmowe) ,

•

monochromatyczne,

•

dwubarwowe.

ej wymienione pirometry s

omówione w punkcie 3 tego

wiczenia.

W pomiarach laboratoryjnych zastosowany jest pirometr PYR8828 firmy ABTRONIC.

Przyrz

d ten umo

liwia pomiar temperatury z zakresu -50~+1000°C i ch arakteryzuje si

rozdzielczo

optyczn

12:1.

Pozostałe istotne parametry: współczynnik emisyjno

=0.95, czas reakcji poni

ej 1s,

dokładno

ść

przyrz

du w zakresie -20÷200°C jest równa 1,5%, zakres wid mowy 8~14

Na rysunku 2 przedstawiono fotografi

pirometru u

ytego w

wiczeniu.

Układ

przetwarzania

sygnału

Wskaźnik wielkości

mierzonej

Badany obiekt

Układ optyczny

Detektor

promieniowania

Rys. 2. Fotografia pirometru 8828 zastosowanego w ćwiczeniu

Przed przyst

pieniem do pomiaru w pierwszej kolejno

ci nale

y orientacyjnie ustali

emisyjno

ść

badanego materiału. Nast

pnie nale

y si

upewni

, aby badana powierzchnia była

ksza od plamki pomiarowej. Im mniejszy obiekt tym bli

ej powinien znajdowa

pirometr.

Nie wolno kierowa

strumienia lasera w kierunku oczu ludzi i zwierz

W celu przeprowadzenia pomiaru nale

y: skierowa

urz

dzenie na badany obiekt, poci

ąć

przytrzyma

spust, odczyta

wynik z wy

wietlacza.

Bł

dne wskazania przyrz

du mog

spowodowane:

•

bł

nastaw

warto

ci emisyjno

ci badanego materiału,

•

promieniowaniem odbitym od otaczaj

cych powierzchni,

•

pochłanianiem promieniowania przez atmosfer

•

emisj

własn

zanieczyszczonej atmosfery,

•

pochłanianiem promieniowania przez okno wziernika,

•

obecno

ciał stałych, przesłaniaj

cych drog

promieni wewn

trz sto

ka widzenia

pirometru,

•

temperatur

otoczenia pirometru,

•

ruchem ciała badanego,

•

promieniowaniem rozproszonym spoza sto

ka widzenia pirometru,

•

żą

wilgotno

powietrza.

2. Schemat układu pomiarowego

Na rysunku 3 przedstawiono schemat układu pomiarowego. Składa si

on z pirometru PYR8828

firmy ABTRONIC, płytki grzewczej, zasilacza oraz termometru stykowego. Szczegółowe

informacje nt. przyrz

dów pomiarowych u

ywanych w

wiczeniu zamieszczono w punkcie 1.

Rys. 3. Schemat układu pomiarowego

3. Porównanie pomiaru temperatury za pomoc

pirometru i termometru wzorcowego

UWAGA:

w trakcie pomiarów nie kierować pirometru bezpośrednio w stronę oświetlenia sztucznego i słonecznego.

1. Przed rozpocz

ciem pomiaru temperatury płytki grzewczej nale

y wł

czy

zasilanie.

W zasilaczu nale

y ustawi

ograniczenie pr

du zwarcia na warto

ci 5A.

2. Ustawi

pirometr w odległo

ci 10 cm od elementu grzewczego.

3. Zmierzy

temperatur

wybranej powierzchni płytki grzewczej za pomoc

pirometru i

termometru wzorcowego dla 10 warto

ci temperatur. Wyniki pomiarów zapisa

w tabeli 2.

4. Na podstawie wyników pomiarów, ze wzoru 8, wyznaczy

emisyjno

ść

Tab. 2. Wartości temperatur zmierzone za pomocą termometru i pirometru

termometr

[

pirometr

[

termometr

[

pirometr

[K]

Emisyjno

ść

[-]

Płytka grzewcza

Zasilacz

Pirometr

Termometr

Na podstawie wyników pomiaru:

wyznaczy

współczynnik emisyjno

ci obiektu i wpisa

do tabeli,

narysowa

zale

ci temperatury badanej pirometrem od temperatury wzorcowej

mierzonej termometrem dla:

•

niskich temperatur (rys.4),

•

wysokich temperatur (rys.5).

Rys. 4. Zależność temperatury badanej pirometrem od temperatury wzorcowej badanej termometrem,

dla niskich temperatur

Rys. 5. Zależność temperatury badanej pirometrem od temperatury wzorcowej badanej termometrem,

dla wysokich temperatur

4. Pomiar wpływu współczynnika emisyjno

ci powierzchni na wskazania pirometru

W tym celu nale

y dokona

pomiaru temperatury elementu grzewczego składaj

cego si

obszarów o ró

nych kolorach.

Przy wył

czonym zasilaniu, gdy płytka b

dzie si

schładza

dokona

pomiaru temperatury

elementu grzewczego składaj

cego si

z obszarów o ró

nych kolorach. Pomiar przeprowadzi

pomoc

pirometru oraz za pomoc

termometru wzorcowego.

Dla ka

dego obszaru okre

współczynnik emisyjno

ci. Wyniki zapisa

w tabeli 3.

Tab. 3. Zmierzone wartości temperatur dla obszarów o różnych barwach

Obszar

termometr

[

pirometr

[

termometr

[K]

pirometr

[K]

Emisyjno

ść

[-]

Biały

Miedziany

Czarny

5. Pomiar wpływu rozdzielczo

ci przestrzennej pirometru na jego wskazania

W tym celu nale

y dokona

pomiaru temperatury elementu grzewczego dla ró

nych odległo

pirometr-element. Wyniki zapisa

w tabeli 4.

Tab. 4. Zmierzone wartości temperatur w zależności od odległości

Ogległo

ść

[cm]

termometr

[

pirometr

[

termometr

[K]

pirometr

[K]

5,0

15,0

30,0

Na podstawie wyników pomiaru:

wyznaczy

współczynnik emisyjno

ci obiektu,

narysowa

charakterystyk

zmian wskaza

temperatury zmierzonej pirometrem w funkcji

odległo

ci (Rys. 6).

Rys. 6. Wykres zależności temperatury mierzonego obiektu od odległości

6. Wnioski

............................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................

7. Wiadomo

ci teoretyczne dotycz

ce zdalnych pomiarów temperatury

7.1. Podstawowe prawa promieniowania cieplnego

Max Planck opisał rozkład widmowy promieniowania ciała czarnego, czyli g

sto

ść

widmow

egzytancji energetycznej ciała doskonale czarnego nast

puj

cym wyra

eniem

)]

[

)

(

)

(

−

[1]

przy czym h – stała Plancka

≈

6,626·10

-34

[J·s], k – stała Boltzmana

≈

1,381·10

-23

[J/K],

T - temperatura bezwzgl

dna ciała czarnego [K],

– długo

ść

fali [

m].

Równanie to nosi nazw

wzoru Plancka lub prawa Plancka. Wprowadzaj

c oznaczenia:

= 2

– pierwsza stała promieniowania (pierwsza stała Plancka),

= hc

/ k - druga stała promieniowania (druga stała Plancka),

wyra

enie (1) przyjmuje posta

)

(

−

[2]

gdzie: c

= 3,7417749·10

[W·m

-2

], c

= 4387,69 [

m·K].

Prawo Plancka mo

na łatwiej zrozumie

, je

eli dla ró

nych temperatur ciała doskonale czarnego

warto

ść

sto

ci widmowej egzytancji energetycznej przedstawimy w postaci graficznej (rys. 7).

Rys. 7. Gęstość widmowa egzytancji energetycznej ciała doskonale czarnego wyrażona przez prawo Plancka

eli składnik e

c2/

>>1 to wzór Plancka mo

na upro

do postaci

)

(

−

[3]

Powy

szy wzór, dla

T<3000 [

m·K], daje bł

dy mniejsze od 1% i nazywany jest wzorem Wiena.

Ró

niczkuj

c wzór (2) wzgl

dem

i wyznaczaj

c maksimum pochodnej otrzymujemy

]

[

2898

max

[4]

Powy

sze wyra

enie zwane jest prawem Wiena (lub prawem przesuni

ęć

Wiena). Prawo to

okre

la długo

ść

fali, dla której widmowa egzytancja ciała doskonale czarnego osi

ga warto

ść

maksymaln

. Podstawiaj

c (4) do wzoru Plancka otrzymuje si

)]

[

286

)

(

⋅

−

[5]

Zale

ść

(5) wskazuje,

e egzytancja ciała doskonale czarnego odpowiadaj

ca długo

ci fali o

maksymalnej warto

ci promieniowania, ro

nie w przybli

eniu z pi

pot

temperatury

bezwzgl

dnej ciała czarnego (rys. 8). Oznacza to,

e je

li podwoimy bezwzgl

temperatur

ciała czarnego, to w obszarze maksimum egzytancji wzro

nie ona a

32-krotnie. Prawo Wiena

pozwala projektantowi na proste okre

lenie zakresu widmowego, optymalnego dla

rozpatrywanego zastosowania.

Rys. 8. Krzywa Plancka w zakresie od 100 do 1000°K. Linia kropkowana reprezentuje miejsce występowania maksimum
egzytancji dla każdej temperatury, zgodnie z prawem przesunięć Wiena

Całkuj

c wzór Plancka w granicach od

=0 do

∞

, otrzymujemy całkowit

egzytancj

(emitancj

)

ciała czarnego

]

[

[6]

przy czym

)]

[

66943

−

⋅

[7]

Jest to wzór Stefana-Boltzmana, z którego wynika,

e całkowita moc emitowana przez ciało

doskonale czarne jest proporcjonalna do czwartej pot

gi jego temperatury bezwzgl

dnej. W

interpretacji graficznej M

jest to pole pod krzyw

Plancka dla danej temperatury.

7.2.

Promieniowanie obiektów rzeczywistych

Rozwa

ania przedstawione w poprzednim podrozdziale dotyczyły wyidealizowanego ciała

czarnego. W rzeczywisto

ci (w przyrodzie) ciała stałe cz

ęś

ciowo pochłaniaj

, cz

ęś

ciowo odbijaj

ęś

ciowo przepuszczaj

promieniowanie elektromagnetyczne (czyli promieniowanie cieplne

równie

Zakładaj

e na powierzchni

ciała o okre

lonej grubo

ci pada strumie

energetyczny

promieniowania

(ilo

ść

energii w jednostce czasu), z którego strumie

został pochłoni

ty,

odbity,

przepuszczony, wprowadza si

nast

puj

ce okre

lenia:

•

współczynnik pochłaniania (absorpcji)

•

współczynnik odbicia (refleksyjno

ci) r=

•

współczynnik przepuszczania (transmisji)

Rys. 9. Rozkład strumienia promieniowania elektromagnetycznego Ф padającego na ciało częściowo przeźroczyste

Zjawiska te ilustruje rys. 9, przy czym dla ciał cz

ęś

ciowo przezroczystych wyst

puje

wielokrotne wewn

trzne odbicie oraz zwi

zane z tym wielokrotne pochłanianie promieniowania.

Wyró

nia si

nast

puj

ce wyidealizowane przypadki:

•

=1, r=0,

=0 – ciało czarne, tj. ciało, które pochłania całe padaj

ce na

promieniowanie,

•

=0, r=1,

=0 – ciało białe, tj. ciało, które odbija całe padaj

ce na

promieniowanie,

•

=0, r=0,

=1 – ciało przezroczyste, tj. ciało, które przepuszcza całe padaj

ce na

promieniowanie.

Dla ka

dego przypadku słuszna jest zale

ść

opisana prawem Kirchoffa

+ r +

= 1.

[8]

Relacja ta jest równie

słuszna dla promieniowania monochromatycznego, st

d zale

ść

+ r

= 1.

[9]

Warto

ci współczynników

, r oraz

zale

żą

od rodzaju materiału i stanu jego powierzchni,

współczynników

, r

oraz

dodatkowo od długo

ci fali. Nale

y doda

e czasami

współczynniki te mog

zale

tak

e od temperatury.

Dla materiałów nieprze

roczystych współczynnik

=0 i równanie (9) upraszcza si

do postaci

+ r

= 1.

[10]

Jak wspomniano wcze

niej, wszystkie ciała czarne, ciecze i gazy, których temperatura jest

sza od zera bezwzgl

dnego wysyłaj

promieniowanie cieplne. Jednak emitowany strumie

promieniowania cieplnego jest zazwyczaj ró

ny dla wielu ciał pomimo,

e ich temperatura jest

taka sama. Dzieje si

tak dlatego,

e ka

de ciało ma okre

lon

zdolno

ść

do emitowania

promieniowania, któr

to zdolno

ść

charakteryzuje si

współczynnikiem zwanym emisyjno

7.3. Emisyjno

ść

Emisyjno

ść

jest parametrem fizycznym charakteryzuj

cym wła

ciwo

ci promienne ciał

rzeczywistych. Warto

ść

emisyjno

ci obiektu zale

y od jego parametrów fizyko-chemicznych. W

szczególno

ci s

to: temperatura, skład chemiczny, stan fizyczny powierzchni (chropowato

ść

warstwy tlenków, fizyczne i chemiczne zanieczyszczenia). Wi

kszo

ść

z tych parametrów i cech

fizycznych jest niepowtarzalna i charakterystyczna dla danego przedmiotu.

Oznacza to,

e w przypadku technik pomiarowych opartych o wykorzystywanie mocy

promieniowania emitowanego przez obiekt, niepewno

ść

okre

lenia emisyjno

ci decyduje o

niepewno

ci całego pomiaru.

Pod wzgl

dem zdolno

ci do emitowania promieniowania, powierzchnie charakteryzowane

przez ró

nie zdefiniowane emisyjno

ci.

Emisyjno

danego ciała dla całkowitego zakresu promieniowania, zwan

emisyjno

całkowit

, nazywa si

stosunek egzytancji M(T) powierzchni danego ciała do

egzytancji M

(T) ciała czarnego, znajduj

cego si

w tej samej temperaturze

)

(

)

(

[11]

Stosunek g

sto

ci widmowej egzytancji danego ciała do g

sto

ci widmowej egzytancji ciała

czarnego w tej samej temperaturze i dla tej samej długo

ci fali nazywa si

emisyjno

widmow

(spektraln

) (rys. 10)

)

(

)

(

[12]

Rys. 10. Zmiany emisyjności w funkcji długości fali dla wybranych materiałów

Tabela 5. Współczynnik emisyjności dla przykładowych materiałów

Materiał

Temperatura

[°C]

Aluminium: polerowanie

powierzchnia szorstka

utlenienie

225…575

200…600

0,039…0,057

0,055

0,11…0,19

z: polerowny

powierzchnia szorstka

50…150

0,1

0,55

Mied

polerowna

handlowa obrobiona do połysku

utleniona

płynna

50…100

200…600

1100…1300

0,02

0,072

0,57…0,87
0,13…0,15

Rozró

nia si

trzy podstawowe rodzaje

ródeł promieniowania, których egzytancja zale

y od

długo

ci fali:

•

ciało czarne, dla którego

=1,

•

ciało szare, dla którego

=const.<1,

•

ciało promieniuj

ce selektywnie, dla którego

zale

y od długo

ci fali.

Powy

ej stwierdzono,

e emisyjno

ść

zale

y od temperatury i długo

ci fali. Nale

y równie

pami

e emisyjno

ść

jest zale

na od k

ta obserwacji, a jej warto

ść

dla rzeczywistego obiektu

e zmienia

w czasie.

na wi

c zapisa

e emisyjno

ść

danego ciała jest funkcj

ta obserwacji

, długo

ci fali

temperatury ciała T oraz czasu t

=f(

,T, t).

[13]

Zgodnie z prawem Kirchoffa dla dowolnego ciała emisyjno

ść

widmowa i widmowy współczynnik

pochłaniania (dla jednakowej temperatury i długo

ci fali) s

sobie równe, a zatem

[14]

Nale

y zaznaczy

e w przypadku promieniowania cieplnego, współczynnik pochłaniania jest

równy emisyjno

ci tylko wtedy, gdy promieniowanie to nie powoduje wzrostu temperatury ciała.

Dla ciała nieprze

roczystego, zgodnie z (10) otrzymujemy

=1,

[15]

czyli inaczej

=1- r

[16]

Zale

ść

ta jest szczególnie u

yteczna, poniewa

sto łatwiej jest zmierzy

współczynnik

odbicia ni

bezpo

rednio zmierzy

emisyjno

ść

Dla ciał półprze

roczystych współczynnik emisyjno

ci mo

na przedstawi

wzorem

−

)

)(

(

[17]

W stanie równowagi termodynamicznej nat

ęż

enie promieniowania emitowanego musi by

równe

nat

ęż

eniu promieniowania pochłoni

tego przez dane ciało. Zatem

aden inny obiekt o takiej

samej temperaturze jak ciało czarne nie mo

e wypromieniowa

cej energii ni

ciało czarne.

Dla ciał rzeczywistych, we wzorach na g

sto

ść

widmow

egzytancji nale

y uwzgl

dni

współczynnik emisyjno

(

,T), który jest mniejszy od 1. Wzór Plancka przyjmie wtedy posta













−













⋅

exp

)

(

)

(

[18]

Na rysunku 11 przedstawiono charakterystyki g

sto

ci widmowej egzytancji, odpowiednio dla

ciała czarnego, szarego oraz promieniuj

cego selektywnie.

Rys. 11. Gęstość widmowa egzytancji dla ciała czarnego (1), szarego (2) oraz promieniującego selektywnie (3)

Po scałkowaniu wzoru (18) wzgl

dem długo

ci fali

w granicach 0÷

∞

, otrzymuje si

zale

ść

opisuj

egzytancj

ciała rzeczywistego zgodnie z prawem Stefana-Blotzmanna

)

(

)

(

)

(

⋅

[19]

Emisyjno

ść

ma prost

interpretacj

fizyczn

, natomiast praktyka dowodzi,

e jest to parametr

trudny do okre

lenia (pomiaru), poniewa

zale

y ona od wielu czynników. Dokładno

ść

okre

lenia

emisyjno

ci determinuje dokładno

ść

termowizyjnych pomiarów temperatury. Z wzgl

du na to

prowadzone były – i s

nadal – badania emisyjno

ci ró

nych materiałów i powierzchni, a tak

e jej

modelowanie.

8. Rodzaje pirometrów

8.1.

Pirometr radiacyjny

Pirometr radiacyjny, inaczej te

zwany pirometrem całkowitego promieniowania słu

y głównie do

pomiarów temperatur wi

kszych ni

1000˚C. Jednak dzisiejszy post

p technologiczny pozwala na

ycie pirometrów do pomiarów w znacznie ni

szych temperaturach. Zasada działania tego typu

pirometrów opiera si

o zale

ść

promieniowania cieplnego emitowanego w szerokim zakresie

długo

ci fal od temperatury. Całkowit

ilo

ść

energii wypromieniowanej w jednostce czasu i

okre

lonej temperaturze okre

la prawo Stefana-Boltzmana. Graficzna interpretacja tego prawa to

pole pod krzyw

emisji energii promienistej (prawo Plancka) dla danej temperatury. Schemat

pirometru pracuj

cego z zastosowaniem tej zasady przedstawiony jest na rys. 12.

Rys. 12. Uproszczony schemat poglądowy pirometru radiacyjnego

Sygnał wyj

ciowy pirometru, b

cy sił

termoelektryczn

E termoelementu, jest zale

od ró

nicy temperatury detektora T

(tzw. gor

cy koniec termoelementu) i temperatury obudowy

(tzw. zimny koniec termoelementu), która tutaj jest temperatur

otoczenia.

Z punktu widzenia u

ytkownika bardzo wa

nymi parametrami przy pomiarze

pirometrycznym oprócz rozdzielczo

ci i dokładno

ci czujnika s

: emisyjno

ść

badanej powierzchni

oraz tzw. współczynnik odległo

ciowy L/D. Zwykle ustalenie warto

jest podstawowym

problemem przy pomiarze pirometrycznym, gdy

pomimo wielu tablic zamieszczonych w

literaturze zawieraj

cy orientacyjne warto

ci współczynnika

jego dokładna warto

ść

nigdy nie jest

znana. Zale

ść

opisuj

ca zwi

zek pomi

dzy temperatur

wskazywan

przez pirometr T

temperatura rzeczywist

obiektu T okre

la wzór

⋅

. [20]

8.2. Pirometr fotoelektryczny

Kolejnym rodzajem pirometru jest pirometr fotoelektryczny. W tym przypadku do pomiaru

temperatury wykorzystuje si

zale

ść

nat

ęż

enia promieniowania cieplnego o wybranej długo

fali od temperatury. Wykorzystywane długo

ci fal

zale

żą

od typu zastosowanego detektora

promieniowania. Je

li detektor wykorzystuje tylko jedn

okre

lon

długo

ść

fali to mówimy wtedy o

pirometrze monochromatycznym. Jako detektory promieniowania mo

emy spotka

fotorezystory,

fotodiody krzemowe i germanowe. W przyrz

dach tego typu zwykle stosuje si

detektory

fotowoltaiczne. Promieniowanie emitowane przez ciało badane skupiane jest przy pomocy układu

optycznego na powierzchni detektora. Powstały w detektorze sygnał jest wzmacniany i przesyłany

do układu przetwarzania sygnału. Odpowiednio dobrane filtry ograniczaj

promieniowanie

padaj

ce na detektor z okre

lonego pasma

∆λ

. Odpowiedni dobór zakresu daje mo

liwo

ść

wyeliminowania zakłóce

spowodowanych np. par

wodn

albo dwutlenkiem w

gla. Typowy

zakres mierzonej temperatury dla tego rodzaju pirometru wynosi 320K-2270K. Zale

ść

dzy

temperatur

wskazan

przez pirometr T

, a temperatur

rzeczywist

opisuje wzór

⋅

, [21]

gdzie: T

– temperatura wskazana przez pirometr [ºC], T – temperatura rzeczywista obiektu [ºC],

– oznacza

redni

warto

ść

emisyjno

ci obiektu w pa

mie długo

ci fal w których pracuje

detektor, n = 5 ÷ 12 wykładnik, który ro

nie wraz ze zmniejszaniem si

szeroko

wykorzystywanego pasma długo

ci fal; je

–

ąż

y do zera, to wtedy wła

ciwo

ci pirometru

fotoelektrycznego zbli

do wła

ciwo

ci pirometru monochromatycznego a n

→

12. Na

rysunku 13 przedstawiono schemat przykładowego pirometru fotoelektrycznego.

Rys. 13. Schemat pirometru fotoelektrycznego (pasmowego)

8.3.

Pirometr monochromatyczny

Pirometr monochromatyczny to taki pirometr, który wykorzystuje zale

ść

luminacji

wietlnej

badanej powierzchni od temperatury. Pomiar wykonujemy poprzez obserwacj

arówki

pirometrycznej z włóknem wolframowym na tle obiektu (rys. 14). Obserwacji dokonujemy poprzez

filtr okre

laj

cy długo

ść

fali, któr

wykorzystujemy do pomiaru. Filtr czerwony słu

y w tym

przypadku do precyzyjnego pomiaru fali przy

=0,65

m. Dla temperatur mniejszych od 800˚C

zalecane jest mierzenie bez tego filtra, poniewa

ma on du

y udział w widmie wysyłanego

promieniowania. Je

eli filtr b

dzie na stałe zamontowany pomiar te

dzie prawidłowy, lecz dla

temperatur

poni

800˚C

dzie

obarczony

pewnym

bł

dem.

Obecnie

pirometry

monochromatyczne s

rzadko stosowane.

Rys. 14. Schemat pirometru monochromatycznego

8.4.

Pirometr barwny

Kolejn

grup

pirometrów stanowi

pirometry barwne. Zasada ich działania polega na rejestracji

mocy promieniowania dla dwóch lub trzech długo

ci fali a nast

pnie odtworzenie kształtu całego

widma. Pirometr dwubarwowy mierzy stosunek warto

ci nat

ęż

enia promieniowania wysyłanego

przez badane ciało dla dwóch ró

nych długo

ci fali. Stosunek warto

ci tych nat

ęż

jest

okre

lany za pomoc

ludzkiego oka. Mierz

c temperatur

metod

badamy, jaki jest udział w

całkowitym promieniowaniu promieniowania jednej z dwu okre

lonych długo

ci fal. Najcz

ęś

ciej

porównuje si

nat

ęż

enie ciała badanego w barwie czerwonej i zielonej. Technicznie polega to na

tym, aby dobra

odpowiedni filtr dwubarwny, w taki sposób

eby obserwowane przez ten filtr ciało

wydawało si

szare. Podstawow

zalet

pirometrów dwubarwnych jest to,

e dokładno

ść

ich

wskaza

nie zale

y od emisyjno

ci (je

li s

takie same dla obu długo

ci fali), kierunkowo

promieniowania, zakłóce

atmosferycznych oraz ogranicze

wielko

ci powierzchni. Typowy

zakres dla tego rodzaju pirometrów wynosi (900-3000)˚C. Pirometrem dwubarwnym mierzymy

temperatur

barwow

(rys.15).

Podgrup

pirometrów barwnych stanowi

pirometry wielobarwowe. Pozwalaj

na dokładn

analiz

temperatury powierzchni przy braku wst

pnej informacji o emisyjno

ci tej powierzchni.

W skład tego typu mierników wchodzi układ podziału wi

zki padaj

cego promieniowania na

sygnały odpowiadaj

ce mierzonym zakresom

, układ równolegle działaj

cych detektorów dla

pomiaru tych sygnałów oraz układ obliczeniowy, którego zadaniem jest wyznaczenie mierzonej

temperatury.

Rys. 15. Schemat pirometru dwubarwnego

9. Zastosowanie pirometrów

Pirometry znalazły zastosowanie w monitoringu procesów przemysłowych oraz w badaniach

naukowych gdzie warunkiem jest rejestracja danych pomiarowych. Kontrola temperatury silników i

nap

dów, ło

ysk i zaworów. Zbieranie informacji o temperaturze elementów sieci grzewczo-

wentylacyjnej. Kontrola sprawno

ci działania pieców i sieci dystrybucji pary. Pirometry s

sprawdzonym, oszcz

dzaj

cym czas narz

dziem do wykrywania i zapobiegania awariom w

instalacjach elektrotechnicznych. Pozwalaj

na bezpieczne wykrywanie problemów termicznych

na zł

czach, bezpiecznikach, silnikach elektrycznych, uzwojeniach, izolatorach, przewodach i

obudowach jeszcze przed wyst

pieniem awarii. Innymi dziedzinami zastosowania pirometru jest

rolnictwo czy zakłady zbiorowego

ywienia, a tak

e instalacje grzewcze (administracja obiektów) i

wiele innych.

Typowe przykłady zastosowania pirometrów:

•

zakłady zbiorowego

ywienia (HACCP)

•

pomiary instalacji hydraulicznych (elementy zł

czaj

ce)

•

instalacje grzewcze (administracja obiektów)

•

ruchome elementy maszyn i urz

dze

•

warsztaty samochodowe (pomiar temperatury silnika układu wydechowego)

•

nadzór towarów w obiektach magazynowych (HACCP)

•

pomiary klimatyzacji i wentylacji (HVAC)

•

kontrola ocieplenia budynków (mostki cieplne)

•

pomiary instalacji elektrycznych (elementy zał

czaj

ce)

10. Literatura

•

Pomiary termowizyjne w praktyce – Praca zbiorowa pod redakcj

H. Madury, 2004

wiczenie opracowała - mgr in

. Magdalena Gutowska - mgutowska@wat.edu.pl

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
CZUJNIK ZEGAROWY lab
CZUJNIK ZEGAROWY lab
spis lab I sem 2010
III WWL DIAGN LAB CHORÓB NEREK i DRÓG MOCZ
Diagnostyka lab wod elektrolit
ZW LAB USTAWY, OCHRONA
LAB PROCEDURY I FUNKCJE
02 czujniki, systematyka, zastosowania
sprzet lab profilografy
sprzet lab mikromanometry
czujniki2
Mechanika Plynow Lab, Sitka Pro Nieznany
Lab 02 2011 2012
PO lab 5 id 364195 Nieznany
lab pkm 4
MSIB Instrukcja do Cw Lab krystalizacja

więcej podobnych podstron