Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
Temat ćwiczenia:
Ćwiczenie
Konspekt
Bezstykowy pomiar temperatury,
MC_12
V_1.0
wyznaczanie współczynnika emisyjności
Nr zespołu: Wydział, rok, grupa: Data
Ocena
Nazwisko i imiÄ™
Teoria Wykonanie ćwiczenia Końcowa z ćwiczenia
1.
2.
Elementy układu: Dodatkowe elementy:
1) zamrażarka; 6) termopary;
2) kamera termograficzna V 20; 7) taśma klejąca;
3) termometr cyfrowy; 8) stoper;
4) pirometr; 9) nożyczki.
5) komputer;
6) przegrody z materiałów izolacyjnych;
12.1. Opis stanowiska pomiarowego
Rolę urządzenia zapewniającego konieczną, do wywołania przepływu ciepła, różnicę temperatur pełni
na stanowisku pomiarowym lodówka (zamrażarka). Schemat stanowiska do wyznaczania
współczynnika przenikania ciepła znajduje się na rysunku 12.1. Stanowisko pomiarowe składa się z:
" lodówki, na której zamocowane są przegrody z różnych materiałów budowlanych;
" kamery termograficznej;
" termometru cyfrowego z zestawem termopar;
" komputera rejestrującego dane z urządzeń pomiarowych.
Przegroda (2) z materiału, dla którego chcemy ustalić współczynnik przenikania ciepła, jest
odpowiednio umocowana na ramie lodówki (1) za pomocą pasów z rzepami. Różnica temperatur
otoczenia (Ti) i temperatury wewnątrz lodówki (Te) generuje w przegrodzie przepływ ciepła (Q). Do
ustalenia współczynnika przenikania ciepła konieczne jest uzyskanie wartości temperatury
wewnętrznej (Tse) i zewnętrznej (Tsi) ścianki przegrody. Pomiar temperatur przeprowadzany jest przy
użyciu termometru cyfrowego (4), wyposażonego w termopary, których końce są umocowane przy
pomocy taśmy samoprzylepnej do powierzchni przegrody. W celu zobrazowania dwuwymiarowego
rozkładu temperatur powierzchni przegrody przeprowadzany jest pomiar mocy promieniowania
podczerwonego tej powierzchni, przy użyciu kamery termograficznej (3). Dane uzyskane za pomocą
urządzeń pomiarowych są zapisywane przez komputer (5).
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 1
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
W miejsce drzwiczek tej lodówki zamocowana jest rama stanowiąca uchwyt dla badanych przegród.
Mocowanie przegród odbywa się przy użyciu odpowiednich pasów i uchwytów widocznych na
Rys.12.2.
Zastosowana kamera to model V-20 produkcji firmy Vigo (przedstawiona na Rys. 12.3.). Całość jest
transmitowana Å‚Ä…czem szeregowym RS232 do komputera. Wyniki pomiaru sÄ… przedstawiane w postaci
kolorowego termogramu. Termograf V-20 dokonuje 57600 pomiarów temperatury podczas jednego
skanowania. Przy nastawieniu optyki na nieskończoność, uzyskujemy pełną ostrość obrazu od 2 m
przy rozdzielczości 10 mrad oraz od 4 m przy rozdzielczości 5 mrad. Podstawowe dane techniczne
urządzenia podane są poniżej:
Rys 12.1 Schemat stanowiska
pomiarowego do badania
współczynników przewodzenia
ciepła przy użyciu kamery
termograficznej:
1  lodówka;
2  przegroda z badanego
materiału;
3  kamera termograficzna;
4  termometr cyfrowy wraz z
termoparami;
5  komputer.
Kamera termograficzna jest sprzężona z komputerem, na którym zainstalowane jest odpowiednie
oprogramowanie, umożliwiające wizualizację, analizę oraz obróbkę obrazów termalnych.
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 2
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
Przegroda z płyty
gipsowo-kartonowej
Warstwa izolacyjna
styropianu
Tse
Pasy z rzepami
Tse1
przytrzymujÄ…ce badanÄ…
Tse2
przegrodÄ™
PÅ‚ytka do pomiaru
strumienia ciepła
Rys.12.2. Mocowanie przegrody i termopar.
Rys.12.3. Kamera termograficzna typu V - 20
Parametry pracy kamery V-20:
- detektor: HgCdTe, chłodzony termoelektrycznie
- rozdzielczość: 240x240 pikseli,
-zakresy temperatur: zakres I: od ( 15) do +25°C oraz
zakres II od ( 32) do +212°C,
-rozdzielczość termiczna: 0,1 °C dla zakresu I i
1 °C dla zakresu II,
- zakres spektralny: 8-12 µm,
- dokładność pomiaru: 5%,
- kÄ…t skanowania: 30° x 30°,
- czas tworzenia obrazu: 25 s,
- temperatura otoczenia To: do 30°C.
Oprogramowanie dla kamery termograficznej  program TERMOGRAF jest oprogramowaniem
wizualizacyjm i posiada duże możliwości obróbki termogramów poprzez: zmianę palety barw, zmianę
zakresu obrazowanych temperatur (zoom termiczny), automatyczne wyszukiwanie najcieplejszego i
najzimniejszego punktu, możliwość zaznaczenia regionu zainteresowania, w którym możemy
odszukać punkty i wyświetlić ich wartość, istnieje również możliwość wyeksportowania danych
termograficznych z zaznaczonego obszaru do innych programów obróbki danych, co pozwala na
wykorzystywanie dodatkowych możliwości analizy i obróbki danych. Oprócz możliwości
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 3
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
analizowania i obróbki termogramów oprogramowanie umożliwia również ich automatyczną
archiwizację. Obraz interfejsu użytkownika został przedstawiony na Rys.12.4.
OPCJONALNA
PALETA BARW
ZOOM
TERMICZNY
TEMPERATURA
MINIMALNA
Rys12.4. Obraz interfejsu użytkownika oprogramowania termografu dla obrazu termalnego przegrody
gipsowej wraz z wykresem przebiegu temperatury uzyskanej z termogramu.
Kolejnym elementem wyposażenia stanowiska jest termometr cyfrowy Rys.12.5a) oraz cztery
termopary (termometr jednocześnie mierzy temperaturę z dwóch termopar). Termometr posiada opcje,
dzięki której możliwe jest wyświetlanie różnicy temperatur pokazywanych przez dwie sondy
pomiarowe. Zapamiętuje również maksymalną oraz minimalną zarejestrowaną temperaturę.
a)
10) T1 Rys. 12.5.a) Termometr cyfrowy używany w ćwiczeniu;
10) T2
b) pulpit manipulacyjny termometru
Objaśnienia klawiszy:
b)
¸ -wÅ‚Ä…czanie i wyÅ‚Ä…cznie urzÄ…dzenia
¸
¸
¸
Rel/Hold  nacisnąć krótko wskazania T1-T2;
Rec
¸
¸
¸
¸
Hold - zmrożenie danych
nacisnąć przez przycisk przez 2 s - wskazania 0,0
Rel
C/F
Timer - ustawienie czasu pomiaru
Hold
Channel - przełącznik trybu pracy T1 lub T2
lub różnicy T1-T2
Timer
C/F - przełączenie trybu wyświetlania T z oC na F
Rec - zapis
Błąd (niepewność) pomiaru temperatury za pomocą termopar w niniejszym stanowisku przyjmujemy
jako "T = 0.3 C.
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 4
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
10 T2
10 T1
1 Rec 2 ma 4 Bat
2 min 3 Hold 3 Rel
AVG
Rys. 12. 6. Wyświetlacz
xmax
termometru cyfrowego
o
8
7
5 C F
K
OO.OO.OO
J
6 T1- T2
T
9
R
OO.OO.OO
S
11
E
6 Channel OO.OO.OO
Objaśnienia:
1) Rec-tryb rejestracji; 2) max/min zapamiętane wart.T; 3) Hold/Relative zamrożenie/ wyzerowanie
4) Bat- wskaz
nik baterii; 5) tryb pracy oC F; 6) wskaz
nik kanału pracy T1 lub T2 lub różnica T1-T2
6) Channel- przełączanie trybu pracy  temperatura T1lub T2 lub różnica T1-T2; 7) wyświetlacz
11./12. Wykonanie ćwiczenia
główny T1lub T2 lub różnicy T1-T2; 8) wskaz
nik typu termopary; 9) wyświetlacz pomocniczy T1lub T2
lub różnicy T1-T2; 10) gniazdo termopar T1-T2; 11) zegar czasu względnego
Bezstykowego pomiaru temperatury będziemy dokonywać pirometrem RAYTEK MX2  Rys. 12.7.
Rys. 12.7 Pirometr Raytek MX2
" zakres mierzonych temperatur od ( 30°C) do +900°C;
" dokÅ‚adność Ä…0,75 lub Ä…1°C;
" czas odpowiedzi 250ms;
" wskaz
nik z kółeczkiem z 16-tu punktów laserowych
" odległość/średnica kółeczka 60:1
" ustawiana emisyjności
" zasilanie 2 baterie AA.
Instrukcje i więcej informacji na temat używanego w ćwiczeniu sprzętu pomiarowego znajdziesz na
stronie platformy e-lerningowej.
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 5
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
WYKONANIE ĆWICZENIA
A. Zapoznanie się z obsługą kamery termograficznej
Uruchomienie stanowiska:
Uwaga: kamera będzie ustawiona na statywie, podłączona do komputera, zamrażarka włączona i
założona zostanie przegroda.
1. Nakierować kamerę na przegrodę.
2. Włączyć komputer i uruchomić program TERMOGRAF (na pulpicie),
wybrać plik konfiguracyjny: config nr_ser 61_00.cfg
3. Zapoznać się ze skróconą instrukcją obsługi programu (w załączniku 1 niniejszej instrukcji , pełna
instrukcja znajduje siÄ™ na stanowisku pomiarowym.
4. Utworzyć nowy katalog na pulpicie, nazwa katalogu tworzona wg klucza: data (miesiąc dzień),
grupa, zespół, dwie pierwsze litery nazwisk wykonujących (poszczególne dane oddzielone dolnym
podkreśleniem).
Przykład:
ćwiczenie jest wykonywane 17 lutego przez osoby Kowalski i Piekarski z grupy 2, zespół 5 to nazwa
katalogu: 0217_2_5_kopi
Do tego katalogu proszę zapisywać wszelkie wyniki pomiarów!
5. Włączyć kamerę, nawiązanie połączenia sygnalizowane jest pojawieniem się komunikatu
 GOTÓW
6. Odczekać ok. 5 min do pojawienia się obrazu, następnie odczekać jeszcze ok. 5-10 min do
ustabilizowania się warunków pracy kamery.
7. Wykonać skanowanie powierzchni  zapisać termogram nr 0  pod nazwą: przegroda_00
8. Przetestować możliwości programu:
a)`zaznaczyć markery na termogramie;
b) odczytać temperatury minimalne i maksymalne,
c) zmienić zakres pomiaru i wykonać czynności z podpunktów a  b,
d) sporządzić wykres liniowy d= f(T) i in.
9. Wykonać skanowanie powierzchni i zapisać termogram nr 1  pod nazwą: przegroda_01
10. Na badanym termogramie nr 1:
a) znalez
ć miejsca o najwyższej i najniższej temperaturze,
b) za pomocą markerów odczytać temperaturę w kilku wybranych punktach,
c) wykonać wykres temperatury dla prostej poziomej przecinającej termogram
11. Zapisać termogram nr 1 w postaci mapy bitowej i macierzy liczbowej i wydruku PDF.
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 6
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
B. Pomiar bezstykowy temperatury i określenie emisyjności.
12. Skontrolować położenie termopar mierzących Te, Ti, Tse, Tsi, oraz Tsi1 i Tsi2 na powierzchniach
zewnętrznych przegrody.(Rys.12.2) (sprawdzić czy są dobrze dociśnięte do badanych powierzchni,
ewentualnie poprawić docisk lub przykleić nowym kawałkiem taśmy).
14. Odczytać nr przegrody i jej grubość z naklejki i wpisać dane do Tab.12.1.
15. Przy wyłączonym termometrze cyfrowym przyłączyć dwa wtyki dwóch termopar do gniazd 10 T1
i 10 T2 termometru cyfrowego przedstawionego na Rys.12.5a) w sposób przedstawiony na
Rys.12.5a)
16. Włączyć termometr cyfrowy (patrz Rys.12.5a) i obserwować zmiany temperatury, a po jej
ustabilizowaniu:
a) odczytać wartość temperatury Ti, Te- i wyniki zapisać w Tab.12.1 .Wyłączyć termometr.
17. Przyłączyć wtyki dwóch kolejnych termopar do dwóch gniazd termometru (przełączanie termopar
odbywa się poprzez wyjęcie dwóch wtyczek termopar z dwóch gniazd miernika i włożenie dwóch
nowych wtyczek do gniazd  UWAGA ! zachować prawidłową polaryzację termopar).
Włączyć termometr.
a) Odczytać wartości temperatur Tsi, Tse wyświetlone na wyświetlaczu termometru i zanotować
w Tab.12.1.
b) zanotować w Tab.12.1. temperatury Tsi1 i Tsi2.
18. Wykonać pomiary temperatury za pomocą pirometru kierując go prostopadle do mierzonej
powierzchni i tak aby mierzony obszar był jak najmniejszy (pirometr w odległości 1,15m od
mierzonego punktu)
19. Wykonać termogram za pomocą kamery termograficznej zgodnie z opisem czynności
manipulacyjnych zawartych w pkt. A 1-11.Wykonać termogram składający się przynajmniej z 10
pojedynczych skanów. Na termogramie odczytać wartość temperatury odpowiadającej położeniu
termopary mierzącej temperaturę Tsi poprzez oznaczenie tych punktów markerami.
Otrzymane w wyniku pliki w postaci mapy bitowej, macierzy liczbowej i wydruku PDF skopiuj dla
siebie w celu sporzÄ…dzenia sprawozdania.
Uwaga: Jeżeli będzie taka potrzeba wymiana przegrody powinna się odbywać tak szybko jak to
możliwe! Jedna osoba powinna stać z przygotowaną przegrodą, a druga osoba odkleja termopary z
poprzedniej przegrody, zdejmuje przegrodę, po założeniu nowej przegrody przykleja taśmą termoparę
wpierw do ścianki od strony wnętrza zamrażarki, zamyka zamrażarkę i nakleja termoparę zewnętrzną.
Kawałki taśmy powinny być przygotowane wcześniej.
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 7
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
II Wyniki pomiarów i obliczenia
Tab.12.1. Pomiary temperatury za pomocÄ… pirometru i termopar:
Przegroda nr......,
Materiał przegrody:....................................................Grubość d ...........[cm]
Materiał izolacji:........................................................Grubość d ...........[cm]
Pomiar termoparÄ… Pomiar pirometrem
Ti Tsi Tse Te Tse1 Tse2 Tse1 Tse2
[0C] [0C] [0C] [0C] [0C] [0C] [0C] [0C]
Pomiar termoparÄ… Pomiar pirometrem
Wartości uśrednione
Ti Tsi Tse Te Tse1 Tse2 Tse1 Tse2
[0C] [0C] [0C] [0C] [0C] [0C] [0C] [0C]
III Opracowanie wyników
Pomiary kamerą termograficzną traktowane są raczej jako jakościowe. Ze względu na brak ścisłej
teorii opisującej wiele aspektów przewodzenia ciepła (zwłaszcza przejmowanie ciepła z przegrody do
otaczającego powietrza) czy też niemożność ścisłego kontrolowania parametrów otoczenia (ruch
powietrza, rozproszone, niestabilne, promieniowanie od słońca, osób czy innych z
ródeł ciepła) wyniki
traktujemy jako szacunkowe. Należy je porównać z tablicowymi i w ten sposób oszacować dokładność
naszej metody.
A. Zapoznanie się z obsługą kamery termograficznej
1) Opracować otrzymane termogramy:
a) posumować wykonane prawidłowo termogramy celem uzyskania lepszej rozdzielczości,
b) określić miejsca o najwyższej i najniższej temperaturze,
c) wyeksportować otrzymany plik w postaci:
pliku graficznego (.BMP), raportu w postaci wydruku PDF, macierzy liczbowej ostatniego skanu.
d) narysować wykres rozkładu temperatury dla lini w której znajdowały się markery określające
temperatury Tse .
e) opisać i wytłumaczyć obserwowany rozkład temperatury.
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 8
Ćwiczenie MC_12. Bezstykowy pomiar temperatury, wyznaczanie współczynnika emisyjności.
B. Określenie emisyjności
Temperaturę Tk wziąć z pomiaru pirometrem temperatur Tse Tab.12.1
Temperaturę Tp- wziąć z z pomiaru termoparą temperatur Tse Tab.12.1
Skorzystać ze wzoru nr 1 i obliczyć współczynniki emisyjności dla wszystkich możliwych
przypadków.
0.95
4
Tp = Tk Å" , [K] (1)
µ
gdzie: Tp i Tk  temperatury tego samego punktu na badanej płaszczyz
nie wskazywane odpowiednio
przez termoparÄ™ (Tp) i pirometrem (Tk) [K],
µ - emisyjność badanej powierzchni (czynnik 0.95 wynika z ustawienia pirometru na takÄ…
emisyjność).
Tab.12.2.Obliczenie wartości współczynników emisyjności
Kolejne
Temperatura Temperatura Temperatura Temperatura Emisyjność µ
µ
µ
µ
Lp obliczane
Tp [°C] Tk [°C] Tp [K] Tk [K] (wzór 1)
punkty Tsex
1 Tse1-1
2 Tse1-2
3 Tse1-3
4 Tse1-4
5 Tse1śr
6 Tse2-1
7 Tse2-2
8 Tse2-3
9 Tse2-4
10 Tse2śr
Wydział Paliw i Energii Akademii Górniczo  Hutniczej w Krakowie 9