POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Prezentacja do wykładu dla EMNS Semestr zimowy studia niestacjonarne Wykład nr 6

2 Prawo autorskie Niniejsze materiały podlegają ochronie zgodnie z Ustawą o prawie autorskim i prawach pokrewnych (Dz.U nr 24 poz. 83 z późniejszymi zmianami). Materiał te udostępniam do celów dydaktycznych jako materiały pomocnicze do wykładu z przedmiotu Pomiary Wielkości Nieelektrycznych prowadzonego dla studentów Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Mogą z nich również korzystać inne osoby zainteresowane tą tematyką. Do tego celu materiały te można bez ograniczeń przeglądać, drukować i kopiować wyłącznie w całości. Wykorzystywanie tych materiałów bez zgody autora w inny sposób i do innych celów niż te, do których zostały udostępnione, jest zabronione. W szczególności niedopuszczalne jest: usuwanie nazwiska autora, edytowanie treści, kopiowanie fragmentów i wykorzystywanie w całości lub w części do własnych publikacji. Eligiusz Pawłowski PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 2

3 Uwagi dydaktyczne Niniejsza prezentacja stanowi tylko i wyłącznie materiały pomocnicze do wykładu z przedmiotu Pomiary Wielkości Nieelektrycznych prowadzonego dla studentów Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Udostępnienie studentom tej prezentacji nie zwalnia ich z konieczności sporządzania własnych notatek z wykładów ani też nie zastępuje samodzielnego studiowania obowiązujących podręczników. Tym samym zawartość niniejszej prezentacji w szczególności nie może być traktowana jako zakres materiału obowiązujący na kolokwium zaliczeniowym. Na kolokwium obowiązujący jest zakres materiału faktycznie wyłożony podczas wykładu oraz zawarty w odpowiadających mu fragmentach podręczników podanych w wykazie literatury do wykładu. Eligiusz Pawłowski PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 3

4 Tematyka wykładu Promieniowanie temperaturowe Prawa fizyczne opisujące zjawiska promieniowania termicznego Zasada pomiarów pirometrycznych Konstrukcje pirometrów Termografia i kamery termowizyjne PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 4

5 Promieniowanie termiczne Każde ciało o temperaturze powyżej zera bezwzględnego emituje promieniowanie elektromagnetyczne, zwane promieniowaniem cieplnym. Promieniowanie cieplne ma ciągły zakres długości fali, jednak dla spotykanych w praktyce temperatur, maksimum energii tego promieniowania przypada na przedział długości fali zwany promieniowaniem podczerwonym. Wykorzystując znane prawa rządzące zjawiskami promieniowania cieplnego budowane są urządzenia umożliwiające bezstykowy (na odległość) pomiar temperatury, zwane pirometrami. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 5

6 Pirometr Pirometr - przyrząd pomiarowy służący do bezdotykowego pomiaru temperatury powierzchni ciała. Działa w oparciu o analizę promieniowania cieplnego emitowanego przez badane ciało. Charakterystyczną cechą pirometru i jego podstawową zaletą jest brak zakłócającego wpływu na temperaturę badanego obiektu. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 6

7 Termografia (termowizja) Termografia - proces obrazowania pola temperatury na powierzchni ciała w paśmie podczerwieni (od ok. 0,9 do 14 µm). PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 7

8 Promieniowanie elektromagnetyczne podział na zakresy λ < 10-5 µm - promieniowanie kosmiczne (gamma) 10-5 µm < λ < 10-2 µm - promieniowanie X (Roentgena) 10-2 µm < λ < 0,75 µm - promieniowanie ultrafioletowe (UV) 0,35 µm < λ < 0,75 µm - promieniowanie widzialne 0,75 µm < λ < 10 3 µm - promieniowanie podczerwone (IR) 10 3 µm < λ - promieniowanie radiowe PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 8

9 Zakres pomiarowy promieniowania podczerwonego 1 µm = 1000 nm 0,75 µm < λ < 3 µm - bliska podczerwień 3 µm < λ < 6 µm - średnia podczerwień 6 µm < λ < 15 µm - daleka podczerwień PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 9

10 Promieniowanie widzialne -światło ultrafiolet fiolet podczerwień czerwień 1 µm = 1000 nm nm fiolet, nm niebieski, nm zielony, nm żółty (żółty), nm pomarańczowy, nm czerwony. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 10

11 Absorpcja, refleksja i przenikanie promieniowania W ciele fizycznym, do którego dociera promieniowanie, zachodzą trzy zjawiska: 1.Absorpcja pochłanianie energii i zamiana go na ciepło, które powyższa temperaturę ciała, 2.Refleksja odbicie promieniowania od powierzchni i struktur wewnętrznych ciała w taki sposób, że promieniowanie zmienia kierunek i rozprasza się w otoczeniu, 3.Przenikanie przejście promieniowania przez ciało bez zmiany kierunku. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 11

12 Strumień pochłonięty, odbity i przepuszczony PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 12

13 Współczynnik absorpcji, refleksji i przenikania Współczynnik absorpcji a: a Φ A =, a 1 Φ Współczynnik refleksji r: Φ R r =, r 1 Φ Współczynnik przepuszczania p: Wszystkie mniejsze od jedności! p Φ P =, p 1 Φ PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 13

14 Ciała doskonale czarne, białe i przeźroczyste Zależnie od wartości współczynników a, r i p rozróżniamy następujące, szczególne przypadki: a = 1, r = p = 0 ciało jest ciałem doskonale czarnym, r = 1, a = p = 0 ciało jest ciałem doskonale białym, p = 1, a = r = 0 ciało jest ciałem doskonale przeźroczystym. W każdym przypadku, zawsze suma wszystkich trzech współczynników jest równa jedności: a + r + p = 1 PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 14

15 Model ciała doskonale czarnego padający strumień w całości zostaje pochłonięty a = 1, r = p = 0 ciało doskonale czarne PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 15

16 Promieniowanie własne ciała 1.W wyniku pochłaniania części promieniowania padającego na ciało oraz w wyniku zachodzących w ciele przemian energetycznych (chemicznych, elektrotermicznych, jądrowych itp.) temperatura ciała podnosi się. 2.Ciało posiadające temperaturę powyżej zera bezwzględnego staje się źródłem promieniowania cieplnego. 3.W stanie termicznym ustalonym ilość energii pochłoniętej przez ciało jest równa ilości energii wypromieniowanej przez ciało. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 16

17 Natężenie promieniowania - emitancja Miarą ilości wypromieniowanej przez ciało energii w jednostce czasu (mocy) jest emitancja, czyli natężenie promieniowania M: M = dp da W 2 m P moc promieniowania, w watach W, A powierzchnia emitująca promieniowanie, w m 2 Natężenie promieniowania jest zależne od długości fali λ, definiuje się więc monochromatyczne natężenie promieniowania M λ : M dm dλ λ = 2 W m µ m PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 17

18 Prawo (równanie) Plancka Rozkład monochromatycznego natężenia promieniowania M dla λ ciała doskonale czarnego opisuje prawo (równanie) Plancka: M λ 5 c1λ = c exp 2 1 λ T λ długość fali promieniowania, w m, T temperatura bezwzględna, w K c 1 =2πhc 2 =3, W/m 2 c 2 =hc 2 /k=1, m. K c-prędkość światła w próżni h-stała Plancka k-stała Boltzmana λ dąży do λ dąży do 0 PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 18

19 Prawo promieniowania Wiena Dla małych wartości iloczynu λ. T równanie Planca upraszcza się do postaci zwanej prawem promieniowania Wiena: M λ 5 c1λ c2 exp λ T PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 19

20 Prawo Plancka - wykres Wzrost temperatury ciała powoduje: 1.przesunięcie maksimum mocy promieniowania w kierunku krótszych fal (prawo przesunięć Wiena). 2.powiększenie pola pod krzywązwiększenie całkowitej mocy promieniowania (prawo Stefana- Boltzmana). Większość mocy promieniowania przypada na zakres podczerwieni o długości fali kilku mikrometrów. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 20

21 Prawo przesunięć Wiena Wyznaczając pochodną funkcji opisanej prawem Wiena względem długości fali λ można wyznaczyć położenie maksimum wykresu natężenia promieniowania. Prawo przesunięć Wiena mówi, że iloczyn temperatury ciała T i długości fali λ max dla której występuje maksimum charakterystyki promieniowania jest wartością stałą: λ max T = m K PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 21

22 Prawo przesunięć Wiena - wykres Wierzchołki charakterystyki promieniowania przy wzroście temperatury ciała przesuwają się w stronę krótszych fal, tzn. z podczerwieni do światła widzialnego PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 22

23 Subiektywny pomiar w zakresie widzialnym barwy żarzenia PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 23

24 Barwy żarzenia u kowala w Wojciechowie PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 24

25 Prawo przesunięć Wiena w kuźni w Wojciechowie PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 25

26 Prawo Stefana-Boltzmana Całkowita moc promieniowania P C ciała doskonale czarnego jest równa polu powierzchni pod krzywą opisaną prawem Wiena. Może być więc obliczana na podstawie całki dla wszystkich długości fali λ od 0 do : P C = 0 M dλ λ = σ T 0 4 σ 0 stała Stefana-Boltzmana: σ 0 = π 15h k 8 = 5, c W 2 m K 4 Prawo Stefana-Boltzmana mówi, że całkowita moc promieniowania P C ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury bezwzględnej T. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 26

27 Prawo Stefana-Boltzmana uproszczona postać Prawo Stefana-Boltzmana dla celów praktycznych zazwyczaj przedstawia się w postaci: P C T = σ 0' σ`0 techniczna stała promieniowania ciała czarnego: σ 8 ' = = σ 5,6697 W 2 m K 4 PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 27

28 Trzy prawa fizyczne przydatne w pirometrii podsumowanie 1. Prawo Plancka opisujące rozkład monochromatycznego natężenia promieniowania M λ dla ciała doskonale czarnego (po uproszczeniu przekształca się w prawo promieniowania Wiena). 2. Prawo przesunięć Wiena mówiące o stałej wartości iloczynu temperatury ciała T i długości fali λ max dla której występuje maksimum charakterystyki promieniowania, otrzymujemy je z prawa Plancka poprzez obliczenie pochodnej względem długości fali λ i przyrównanie jej do zera (wyznaczanie maksimum funkcji). 3. Prawo Stefana-Boltzmana mówiące że całkowita moc promieniowania P C ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury bezwzględnej T, otrzymujemy je po scałkowaniu równania Plancka (powierzchnia pod wykresem). PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 28

29 Są dwa problemy: Problemy w pomiarach pirometrycznych 1. Ciała rzeczywiste nie są ciałami doskonale czarnymi, zazwyczaj mogą być uznane za ciała szare, 2. Podczas wykonywania pomiarów z pewnej odległości promieniowanie jest tłumione przez atmosferą ziemską. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 29

30 Promieniowanie ciała rzeczywistego Ciało rzeczywiste wypromieniuje mniej energii w stosunku do ciała doskonale czarnego, zależnie od długości fali λ. Właściwość tę opisuje współczynnik emisyjności monochromatycznej ε λ : ε λ = M S λ M λ Współczynnik emisyjności monochromatycznej (lub krócej emisyjność monochromatyczna) ε λ jest to stosunek natężenia promieniowania ciała rzeczywistego M Sλ przy długości fali λ do natężenia promieniowania ciała doskonale czarnego M λ, przy tej samej długości fali. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 30

31 Ciało szare Jeśli w całym zakresie widma (czyli dla wszystkich długości fali λ od 0 do ) współczynnik emisyjności monochromatycznej ε λ ma wartość stałą : ε λ =const, to takie ciało nazywamy ciałem szarym. Stosunek całkowitej mocy wypromieniowanej przez ciało szare P S do całkowitej mocy wypromieniowanej przez ciało doskonale czarne P C w tej samej temperaturze nazywamy współczynnikiem emisyjności (lub krócej emisyjnością) ciała szarego ε : ε P S 0 = = P C M P Sλ C dλ PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 31

32 Emisyjność ciał szarych spotykanych w praktyce Ważne jest wykończenie powierzchni, a nie tylko rodzaj materiału Ciało szare nie koniecznie musi być koloru szarego! Czarna taśma izolacyjna PCV PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 32

33 Światło widzialne jest silniej tłumione Właściwości transmisyjne atmosfery ziemskiej Ten zakres jest nieprzydatny bardzo silne tłumienie! Fale radiowe nie są tłumione w atmosferze W zakresie podczerwienie występują tzw. okna transmisyjne Względna transmisyjność atmosfery ziemskiej na dystansie 1 mili morskiej (1852m) na poziomie morza. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 33

34 Właściwości toru optycznego w zakresie IR Światło widzialne okno 2 µm - 5 µm okno 8 µm - 14 µm Okna pomiarowe w zakresie podczerwieni do celów pirometrii, (transmisyjność na dystansie 1 mili morskiej na poziomie morza). PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 34

35 Właściwości toru optycznego w zakresie IR Światło widzialne okno 2 µm - 5 µm okno 8 µm - 14 µm Charakterystyka widmowa toru optycznego dla światłą widzialnego podczerwieni w atmosferze ziemskiej na krótkim dystansie 10m PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 35

36 Rodzaje pirometrów 1.Pirometry całkowitego promieniowania (pirometry radiacyjne), działające w oparciu o prawo Stefana-Boltzmana całkowita moc wypromieniowana przez ciało jest proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury. 2.Pirometry monochromatyczne, działające w oparciu o prawo Plancka (Wiena) monochromatyczna emitancja M λ jest jednoznaczną funkcją temperatury. 3.Pirometry dwubarwowe, działające w oparciu o prawo przesunięć Wiena wraz ze wzrostem temperatury maksimum energii promieniowania przesuwa się w kierunku krótszych fal, barwa promieniowania zmienia się z czerwieni w kierunku zieleni. 4.Pirometry pasmowe podobne w działaniu do radiacyjnych, ale pracujące w ograniczonym paśmie długości fali (w jednym oknie). PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 36

37 PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 37 Pomiar pirometryczny, wymiana energii Zależność powyższa stanowi podstawę do budowy pirometrów radiacyjnych (całkowitego promieniowania) Wymiana energii promieniowania termicznego pomiędzy dwoma płytkami o powierzchni A opisana jest wzorem: = ' T T A Q O σ ε = ε ε ε

38 Pirometr radiacyjny, uproszczona konstrukcja PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 38

39 Pirometr radiacyjny, pole widzenia Płytka dedektora Układ optyczny D Odległość od pirometru Powierzchnia promieniująca PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 39

40 Pirometr radiacyjny, moc dochodząca do detektora Moc promieniowana P = M A = Mπ r 2 Natężenie promieniowana dochodzące do detektora Moc wydzielona w detektorze Dla innej odległości detektora otrzymamy M D P D = M l = 2 M w π P D 1 = M π r l r1 l1 2 2 w w Na podstawie twierdzenia Talesa mamy r l = l r 1 = 1 const. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 40

41 Pirometr radiacyjny, moc dochodząca do detektora c.d. Ostatecznie P D = P D1 Wniosek: Moc wydzielona w detektorze nie zależy od odległości l detektora od ciała promieniującego, pod warunkiem, że pole o powierzchni A w całości leży na promieniującym ciele. Stosunek l/r (lub l/d) dla danego typu pirometru nazywany jest współczynnikiem odległościowym. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 41

42 Pirometr radiacyjny, budowa Optyka soczewkowa Optyka lustrzana PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 42

43 Pirometr radiacyjny, problemy konstrukcyjne Występują dwa główne problemy konstrukcyjne pirometrów radiacyjnych: 1. Jaki zastosować detektor reagujący na całe pasmo promieniowania? 2. Z jakich materiałów wykonać optykę (soczewki), aby było przepuszczane bez tłumienia całe pasmo promieniowania? PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 43

44 Pirometr radiacyjny, detektory Detektory termiczne: -termostosy, -bolometry. Detektory fotoelektryczne: -fotorezystory (PbS, CdS), -fotoogniwa (InSb, InAs), -fotodiody (Ge, Si). Detektory fotoemisyjne: -próżniowe, -gazowane. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 44

45 Pirometr radiacyjny, termostos 1. Jaki zastosować detektor reagujący na całe pasmo promieniowania? PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 45

46 Pirometry, najczęściej stosowane materiały optyczne 2. Z jakich materiałów wykonać optykę (soczewki), aby było przepuszczane bez tłumienia całe pasmo promieniowania? 1. Specjalne gatunki szkieł (Pyrex) 2.Szkło fluorytowe (CaF 2 ) 3.Szafir sztuczny (Al 2 O 3 ) 4.Kwarc (SiO 2 ) 5. German 6.Krzem PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 46

47 Pirometr radiacyjny, materiały optyczne PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 47

48 Pirometr radiacyjny, kolejne problemy Wskazania pirometru radiacyjnego silnie zależą od emisyjności ε rzeczywistej ciała, niewłaściwa wartość ε powoduje błędy. Moc promieniowania ciała czarnego P C = σ 0 T 4 Moc promieniowania ciała rzeczywistego jest mniejsza P RZ = ε P = σ T C 4 0 P 4 4 0T σ 0TP ε σ = ε = 4 T P 4 T Temperatura T p wskazana przez pirometr będzie niższa T P = T 4 ε 4 ε T = P T Dla ciała szarego (innego niż doskonale czarne) wskazania pirometru radiacyjnego będą zaniżone (ε < 1)!!! PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 48

49 Pirometr radiacyjny, problemy c.d. Wskazania pirometru radiacyjnego należy skorygować odpowiednio do rzeczywistego współczynnika emisyjności ε rzeczywistej ciała Rzeczywista temperatura T = k T = popr P 4 1 T ε Współczynnik poprawkowy k popr = 4 1 ε na przykład dla ε =0,2 : 4 1 0,2 1 0,6687 1,496 Nie uwzględnienie współczynnika poprawkowego spowoduje duże błędy pomiaru (dla ε =0,2 błąd wyniesie 50%)!!! PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 49

50 Pirometr radiacyjny, mnożnik poprawkowy Nie uwzględnienie współczynnika poprawkowego spowoduje duże błędy pomiaru (dla ε =0,2 błąd wyniesie 50%)!!! PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 50

51 Pomiar pirometrem przy nieznanej emisyjności ε Sposoby wykonania pomiaru temperatury pirometrem przy nieznanej emisyjności ε obiektu: 1.Oklejenie obiektu czarną taśmą samoprzylepną PCV (ε =0,95), 2.Pomalowanie obiektu czarną matową farbą (ε =0,95), 3.Pomiar kontrolny temperatury termoparą i dobranie doświadczalnie ustawienia emisyjności ε. Mnożnik poprawkowy dla promieniowania monochromatycznego jest kilkakrotnie mniejszy, niż dla promieniowania całkowitego. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 51

52 Pirometr monochromatyczny, zasada działania Emitancja rośnie dla większych temperatur Prawo Wiena: M λ 5 c1λ c2 exp λ T Funkcja temperatury Barwa czerwona 650nm PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 52

53 Pirometr monochromatyczny z zanikającym włóknem Zmiana zakresu Ograniczenie pasma Amperomierz jest wyskalowany w jednostkach temperatury PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 53

54 Tło - obraz obiektu Pirometr z zanikającym włóknem - pomiar Włókno pirometru Za niska temperatura Prawidłowa temperatura Za wysoka temperatura Efekt zanikającego włókna podczas pomiaru pirometrem PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 54

55 Czułość oka ludzkiego Pirometr monochromatyczny, filtr czerwony Charakterystyka filtru czerwonego Środek ciężkości wspólnego obszaru obu charakterystyk wyznacza efektywną długość fali pirometru (wykorzystuje się 650 nm). PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 55

56 Pirometr monochromatyczny, korzyści z filtru czerwonego Promieniowanie monochromatyczne (prawo Planca) Promieniowanie całkowite (prawo Stefana-Boltzmana) 1, Względne natężenie promieniowania monochromatycznego silniej zmienia się w funkcji temperatury, niż promieniowanie całkowite PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 56

57 Barwa światła zmienia się przy wzroście temperatury od czerwonej do zielonej Pirometr dwubarwowy, podstawy pomiaru Barwa zielona 550nm Barwa czerwona 650nm Stosunek mocy promieniowania dla dwóch długości fali zależy od temperatury ciała, co wynika z prawa przesunięć Wiena. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 57

58 Pirometr dwubarwowy Przykład dla 2000K Dla pozostałych temperatur czerwony zielony Zależność ilorazu natężeń promieniowania dla λ=0,65µm (barwa czerwona) i λ=0,55 µm (barwa zielona) od temperatury PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 58

59 Pirometr dwubarwowy Iloraz natężeń promieniowania dla λ=0,65µm (barwa czerwona) i λ=0,55 µm (barwa zielona) zależy od temperatury, ale nie zależy od emisyjności ε dla ciała szarego (ε λ1 = ε λ2 ). Dla większości ciał warunek ten jest spełniony z wystarczającą dokładnością. Dzięki temu wskazania pirometru dwubarwowego nie zależą od emisyjności ε ciała badanego. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 59

60 Pirometr dwubarwowy ręcznie równoważony Odpowiednie położenie filtru powinno zapewnić uzyskanie szarej barwy badanego ciała PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 60

61 Pirometr dwubarwowy automatyczny Stosunek sygnałów uzyskanych za pomocą dwóch kolorowych filtrów jest miarą temperatury badanego ciała PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 61

62 Rozwiązania układów termograficznych 1.Z punktowym detektorem i skanowaniem mechanicznym w dwóch kierunkach za pomocą zepołu ruchomych luster lub pryzmatów. 2.Z detektorem liniowym do skanowania przedmiotów w ruchu: taśmy blachy walcowanej na gorąco, odkówki itp. 3.Z detektorem matrycowym i optycznym układem skupiającym soczewkowym lub lustrzanym. PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 62

63 Kamera termowizyjna ze skanowaniem mechanicznym PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 63

64 Wzorcowanie pirometrów, lampa wolframowa Taśma wolframowa Izotermy na powierzchni taśmy Wygląd rzeczywisty Wzorcowa lampa wolframowa taśmowa PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 64

65 Wzorcowanie pirometrów, piece wzorcowe Piec kulisty Piec cylindryczny Piece do wzorcowania pirometrów realizujące model ciała doskonale czarnego PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 65

66 Przykład pirometr 561 Fluke Złącze termopary Nastawy min, max, różnica Nastawa emisyjności Klawisz wyboru PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 66

67 Przykład pirometr 561 Fluke Dane techniczne Pirometr pasmowy Daleka podczerwień Współczynnik odległościowy Emisyjność PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 67

68 Przykład pirometr 561 Fluke współczynnik odległościowy Średnica Odległość Współczynnik odległościowy PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 68

69 Przykład pirometr 561 Fluke pole widzenia Stożek widzenia Prawidłowa odległość Za duża odległość PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 69

70 Przykład pirometr 561 Fluke emisyjność Wysoka ( 0,95 ) Średnia ( 0,7 ) Niska ( 0,3 ) PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 70

71 Przykład Thermal Imager Ti20 Fluke Obiektyw Ekran LCD 128x96 Klawisze funkcyjne PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 71

72 Przykład Thermal Imager Ti20 Fluke Dane techniczne Współczynnik odległościowy Daleka podczerwień Emisyjność PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 72

73 Przykład Thermal Imager Ti20 Fluke ekran LCD Nagłówek ekranu Punkt pomiaru temperatury Wynik pomiaru temperatury Emisyjność Obszar obrazu termicznego Obszar informacyjny PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 73

74 Przykład Thermal Imager Ti20 Fluke współczynnik odległościowy Średnica S FOV Field-Of-View (pole widzenia) (dla funkcji kamery) 20 o 15 o Odległość D Współczynnik odległościowy D:S=75:1 (dla funkcji pirometru) PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 74

75 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ PWN EMNS wykład 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 75