Jest to graficzna ilustracja tzw. prawa Plancka, które moŝna zapisać następującym równaniem:

Transkrypt

1 WSTĘP KaŜde ciało o temperaturze powyŝej 0 0 K, tj. powyŝej temperatury zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne, zwane teŝ temperaturowym, mające naturę fali elektromagnetycznej. Na rysunku poniŝej przedstawiono zaleŝność natęŝenia promieniowania i o od długości fali λ dla róŝnych wartości temperatur powierzchni ciała emitującego promieniowanie. Jest to graficzna ilustracja tzw. prawa Plancka, które moŝna zapisać następującym równaniem: λ gdzie: c = m/s - prędkość światła w próŝni, h = 6, Ws -2 - stała Plancka k = 1, Ws/K - stała Boltzmanna Z przebiegów krzywych na powyŝszym rysunku wynika, Ŝe dla małych długości i niskich temperatur natęŝenie promieniowania jest bardzo małe, takie, Ŝe dla temperatur poniŝej 500 C w widzialnym zakresie jest niewidzialne, gdyŝ oko ludzkie juŝ nie reaguje na to promieniowanie. Natomiast jest wykrywane przez receptory ciepła rozmieszczone na powierzchni ciała ludzkiego. JeŜeli temperatura promieniującego ciała jest wyŝsza od 500 C, to znaczna część promieniowania leŝy juŝ w zakresie widzialnym (A < 0,78 im).

2 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 zaleŝy 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 podstawie emitowanej przez obiekt energii promieniowania. NajwaŜniejszą cechą pirometru jest moŝliwość pomiaru bezkontaktowego. Pirometry zazwyczaj składają się z następujących podstawowych elementów składowych: optyka filtr spektralny detektor elektronika (wzmacniacz / linearyzacja / przetwarzanie sygnału) Parametry optyki określają ścieŝkę 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. NatęŜenie promieniowania podczerwonego, które jest emitowane przez kaŝde ciało, zaleŝy (zgodnie z prawem Stefana-Bolzmanna) od temperatury tego ciała. ZaleŜy takŝe od właściwości powierzchniowej materiału z którego jest ono wykonane. Emisyjność (ε) jest uŝywana jako stała materiałowa opisująca zdolność ciała do emitowania energii promieniowania. MoŜe 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 duŝa, pirometr moŝe wyświetlać wartość temperatury znacznie niŝszą niŝ wartość rzeczywista - zakładając, Ŝe 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, naleŝy bardzo starannie posługiwać się przyrządem, który powinien być chroniony od źródeł promieniowania odbitego.

3 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, aŝ 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 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 Ŝadnej z opisanych wcześniej metod nie jest moŝliwe w wyznaczeniu emisyjności moŝna uŝyć wartości z tabeli (zał.a). Są to tylko wartości średnie. Rzeczywista emisyjność materiału zaleŝy od następujących czynników: temperatury kąta pomiaru geometrii powierzchni grubości materiału stanu powierzchni (polerowana, utleniona, chropowata, piaskowana) zakresu spektralnego

4 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 naleŝy nanieść na wcześniej przygotowany szkic przegrody wraz załoŝoną siatką pomiarową, 4. Naszkicuj izotermy (linie łączące punkty jednakowych temperatur) dla rozpatrywanego przypadku. Fragment okna z naniesioną siatką pomiarową. Uwaga: Podczas posługiwania się pirometrem wyposaŝonym w celownik laserowy naleŝy zachować ostroŝność. Nie naleŝy kierować wiązki lasera w stronę oczu, lustrzanych powierzchni, innych osób. Nie przestrzeganie tych zasad moŝe spowodować trwałe uszkodzenie wzroku!

5 SPRAWOZDANIE -Sprawozdanie powinno zawierać szkic pola temperatur badanej przegrody. - Wykres rozkładu temperatur wzdłuŝ wysokości wskazanego przez prowadzącego fragmentu ściany zewnętrznej w laboratorium. - Omówienie wyników. Załącznik A Materiał T, C ε Aluminium chropowate 26 0,055 Aluminium polerowane Brąz chropowaty ,039-0,057 0,55 Brąz polerowany 50 0,10 Cegła czerwona Cegła krzemionkowa matowa ,93 0,80 Cegła szamotowa ,75 Chromonikiel Cynkowana blacha jasna ,64-0,76 0,228 Gips 20 0,903 Cynkowana blacha utleniona 24 0,278 Farba aluminowa ,35 Lakier biały ,8-0,95 Lakier czarny błyszczący 25 0,875 Lakier czarny matowy ,96-0,98 Lód gładki 0 0,966 Lód chropowaty 0 0,985 Marmur 22 0,931 Miedź polerowana ,018-0,023 Miedź utleniona przy 600 C Mosiądz utleniony przy 600 C ,57-0,87 0,61-0,59 Nikiel polerowany ,045-0,087 Nikiel utleniony przy 600 C ,37-0,48 Papa 20 0,93 Papier 19 0,924 Sadza ,945 Srebro polerowane ,0198-0,0324 Stal nierdzewna Węgiel czysty ,220-0,575 0,81-0,79 Zaprawa wapienna chropowata ,93