Politechnika Poznańska Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej Zakład Techniki Świetlnej i Elektrotermii
Laboratorium Techniki Świetlnej i Promieniowania Optycznego Ćwiczenie nr 3 Temat: Pomiar temperatury pirometrami.
Rok akademicki 2013/2014 Wydział Elektryczny Studia dzienne inżynierskie Nr grupy: E1/2
Prowadzący: Przemysław Skrzypczak
Uwagi:

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania pirometrów optycznych oraz doświadczalne sprawdzenie skuteczności z jaką te urządzenia odczytują temperaturę badanej powierzchni.

Badanie temperatury ściany pieca:

Przy obliczeniach została uwzględniona emisyjność ściany pieca ε = 0,8

Tabela 1 Pomiar temperatury ściany wnętrza pieca silikatowego.

Pomiar	1	2	3
Piec załączony	750[^OC]	755[^OC]	760[^OC]
Piec wyłączony	450[^OC]	480[^OC]	475[^OC]

Tabela 2 Temperatura rzeczywista ściany pieca silikatowego.

Pomiar	1	2	3
Piec załączony	709,3062[^OC]	714,0349[^OC]	718,7636[^OC]
Piec wyłączony	425,5837[^OC]	453,956[^OC]	449,2273[^OC]

Przykładowe obliczenia:

$${T_{\text{rz} =}T}_{p} \bullet \sqrt[n]{\frac{\varepsilon}{\varepsilon_{R}}} = 750 \bullet \sqrt[4]{\frac{1}{0,8}} = 709,3062$$

Schemat stanowiska pomiarowego:

W doświadczeniu zostały użyte metalowe płytki ze stali polerowanej, stali niepolerowanej, mosiądzu i miedzi niepolerowanej oraz pirometry PT-3LF, MiniRay i GSP 1871.

Przebieg ćwiczenia:

Tabela 3 Wyniki pomiarów temperatury termoparą typu K oraz pirometrem MiniRay.

Nr pom-iaru		P=60 [W]	P=90 [W]	P=120 [W]
		TP [°C]	TP [°C]	TP [°C]
		Mosiądz	Stal pol.	Stal niepol.
0	sonda	143.9	153.2	90
1	ε = 0,3	101.1	89.4	205
2	ε = 0,4	91.2	72.3	169.2
3	ε = 0,5	79.9	68.9	142.9
4	ε = 0,6	73.7	66.7	131.4
5	ε = 0,7	68.2	57	114.5
6	ε = 0,8	63.9	55	106.5
7	ε = 0,9	57.9	52.5	99.4
8	ε = 1	55.6	48.9	93.2

Tabela 4 Wyniki obliczania wartości współczynnika „n” dla pirometru MiniRay.

Nr pomiaru	P=60W	P=90W	P=120W
	Mosiądz	Stal pol.	Stal niepol.
	wartość współczynnika „n”	wartość współczynnika „n”	wartość współczynnika „n”
1--2	2,791533	1,355095	1,498902
3--4	1,37831	3,785122	1,079232
5--6	1,653168	4,114834	1,591574
7--8	1,35847	0,67043	0,765305

Przykładowe obliczenia:

$$n = \frac{\ln\left( \frac{\varepsilon_{p2}}{\varepsilon_{p1}} \right)}{\ln\left( \frac{T_{p1}}{T_{p2}} \right)} = \frac{\ln\left( \frac{0,4}{0,3} \right)}{\ln\left( \frac{101.1}{91,2} \right)} = 2,791533$$

Tabela 5 Wartość średnia współczynnika „n”.

	P=60 [W]	P=90 [W]	P=120 [W]
	Mosiądz	Stal pol.	Stal niepol.
Średnia	1,79537	2,48137	1,233753

Tabela 6 Wyniki pomiaru temperatury rzeczywistej T_r [^OC] pirometrem MiniRay.

Nr	P=60 [W]	P=90 [W]	P=120 [W]
	Mosiądz	Stal Pol.	Stal niepol.
1	ε = 0,3	76,06485	129,3328
2	ε = 0,4	80,54102	117,4519
3	ε = 0,5	79,9	122,4605
4	ε = 0,6	81,57752	127,5889
5	ε = 0,7	82,25759	116,0224
6	ε = 0,8	83,02202	118,141
7	ε = 0,9	80,32715	118,2529
8	ε = 1	81,79843	114,9216
średnia	80,68607	120,5215	971,0786

Przykładowe obliczenia:

$$T_{\text{rz}} = T_{p} \bullet \sqrt[n]{\frac{\varepsilon_{P}}{\varepsilon_{R}}} = 101,1 \bullet \sqrt[{1,79537}]{\frac{0,3}{0,5}} = 76,06485$$

Tabela 7 Wyniki pomiaru temperatury pirometrem PT-3LF

Nr pom-iaru		P=60 [W]	P=90 [W]	P=120 [W]
		TP [°C]	TP [°C]	TP [°C]
		Mosiądz	Stal pol.	Stal niepol.
1	ε = 0,7	57	58	117
2	ε = 0,95	54	49	96

Tabela 8 Wyniki pomiaru temperatury rzeczywistej T_rz [^OC] pirometrem PT-3LF

Nr pom-iaru		P=60 [W]	P=90 [W]	P=120 [W]
		Trz [°C]	Trz [°C]	Trz [°C]
		Mosiądz	Stal pol.	Stal niepol.
1	ε =0,7	62,00217	90,13785	226,3174
2	ε =0,95	63,39896	82,1924	200,4286

Wnioski:

Podczas wykonywania pomiarów za pomocą pirometru, należy trzymać go najlepiej pod kątem prostym oraz z jak najmniejszą odległością jeśli chcemy zmierzyć niewielki obszar powierzchni. Nie należy nim również poruszać podczas pomiaru. Do poprawnego odczytu temperatury powinniśmy znać emisyjność powierzchni, ponieważ bez tego parametru lub ze źle dobranym wyniki otrzymane w wyniku pomiary mogą się różnić nawet dość znacząco od prawdziwej temperatury powierzchni nawet o setki stopni Celcjusza.

Pirometr mierzy temperaturę dzięki promieniowaniu podczerwonego oraz widzialnego. Z tego powodu odczyt temperatury samej powierzchni może być zaburzony poprzez np. świecenie grzałki. Dobrym przykładem tego jest pomiar pieca silikatowego nastawionego na temperaturę 500°C. Podczas gdy grzałka była wyłączona pirometr wskazywał 425°C, natomiast podczas gdy grzałka była włączona to pirometr wskazywał 718°C.

Zauważyć można, że pirometry sprawdzają się gdy musimy zmierzyć temperaturę powierzchni z pewnej odległości np.: gdy powierzchnia jest bardzo gorąca, nie można się do niej zbliżyć lub chcemy sprawdzić temperaturę dużych powierzchni np.: budynków (tu stosowane są kamery termowizyjne). Aby pomiar był prawdziwy musimy także znać emisyjność powierzchni. Pirometry w przeciwieństwie do termometrów stykowych nie zaburzają w żaden sposób mierzonego środowiska, a co najważniejsze nie zmieniają jego temperatury.