Bezstykowy pomiar temperatury - katedra pieców przemysłowych i
Transkrypt
Bezstykowy pomiar temperatury - katedra pieców przemysłowych i
POLITECHNIKA CZESTOCHOWSKA WYDZIAL INZYNIERII PROCESOWEJ, MATERIALOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ Katedra Pieców Przemyslowych i Ochrony Srodowiska Termodynamika i technika cieplna Cwiczenie nr 8 Bezstykowy pomiar temperatury. 1 Tematy do przygotowania: 1. Skale temperatur. 2. Wspólczynnik emisyjnosci. 3. Prawa promieniowania. 4. Bezstykowe przyrzady do pomiaru temperatury. 5. Budowa stanowiska pomiarowego i przebieg cwiczenia. W sprawozdaniu nalezy zamiescic: 1. 2. 3. 4. Cel cwiczenia. Schemat stanowiska badawczego. Tabele z otrzymanymi wynikami pomiarów. Wykres wplywu temperatury próbki na jej emisyjnosc oraz wykresy rozkladu temperatur na sciance bocznej pieca dla wybranych czasów oraz w wybranych punktach siatki pomiarowej w funkcji czasu. 5. Wnioski. Cel cwiczenia Celem cwiczenia jest wyznaczenie temperatur y ciala stalego za pomoca pirometru oraz zapoznanie sie z przyrzadami do bezstykowego pomiaru temperatury. Metody pomiaru emisyjnosci W literaturze mozna znalezc wiele róznych sposobów pomiaru emisyjnosci. Zazwyczaj kazdy badacz zestawia z dostepnej mu aparatury wlasny uklad pomiarowy, oparty na wybranej metodzie pomiaru. Najogólniej wszystkie metody pomiaru emisyjnosci podzielic mozna na bezposrednie i posrednie. Metody bezposrednie polegaja na bezposrednim pomiarze promiennych wielkosci badanego ciala i ciala wzorcowego, oraz na okresleniu, najczesciej na podstawie ich stosunku wartosci ε T. Metody te nazywane sa radiacyjnymi lub emitancyjnymi. Mozna je stosowac do wszystkich dowolnych temperatur pomiaru, oraz do wszystkich rodzajów materialu. Metodami tymi zazwyczaj mierzy sie emisyjnosc calkowita kierunkowa ε T,ϕ (najczesciej ε T,n) lub wykorzystujac dodatkowo monochromator emisyjnosc monochromatyczna ε λ. Metody posrednie polegaja na pomiarze wielkosci optycznych lub cieplnych, zwiazanych z emisyjnoscia w procesie wymiany ciepla. Nastepnie na podstawie zmierzonych wielkosci, z równan bilansów energii okresla sie szukana wartosc emisyjnosci. Metody posrednie pozwalaja zazwyczaj na okreslenie emisyjnosci pólprzestrzennej ε T. Emitancyjny pomiar emisyjnosci. Polega on na pomiarze i porównaniu emitancji promienistej badanego materialu M z emitancja promienista ciala doskonale czarnego MC w tych samych temperaturach, katach brylowych i przy tych samych wielkosciach promieniujacych powierzchni, próbki i ciala doskonale czarnego, przy utozsamieniu emitancji z mierzona gestoscia powierzchniowa natezenia promieniowania. Detektorem promieniowania moze byc dowolny detektor promieniowania calkowitego, np. termostos prózniowy. Nie mozna stosowac natomiast detektorów selektywnych, poniewaz sa one czule tylko w okreslonym zakresie dlugosci fal. Do mniej dokladnych pomiarów emisyjnosci wykorzystuje sie czesto pirometr radiacyjny i dzieli sie jego wskazania przy wizowaniu na plytke próbna i na techniczny model ciala doskonale czarnego. Jako przyblizony wzorzec promieniowania wykorzystuje sie czesto otwór w piecu. 2 Metodyka pomiaru Pomiar emisyjnosci badanych próbek polega na bezposrednim pomiarze emisyjnosci calkowitej pólprzestrzennej ε . Metodyka pomiaru obejmuje jednoczesny odczyt temperatury mierzonej termoelementem – t te i temperatury mierzonej pirometrem – t pir. W chwili zrównania wskazan obydwu pomiarów temperatury, rejestruje sie wartosci emisyjnosci, co zostaje osiagniete w momencie dostosowania wewnetrznej emisyjnosci pirometru do emisyjnosci powierzchni próbki. Odczytana w ten sposób wartosc, jest emisyjnoscia powierzchni badanej próbki. Stanowisko pomiarowe i przebieg cwiczenia W celu przeprowadzenia badan nalezy w piecu umiescic próbke podlaczona do termoelementu. Nastepnie wlaczyc piec i ustawic na regulatorze odpowiednia temperature. Widok stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys.1. regulator temperatury komora grzewcza termoelement NiCr-NiAl badana próbka Rys.1.Widok stanowiska pomiarowego Pomiar temperatury próbki t te dokonywany jest termoelementem NiCr – NiAl. Polaczenie termoelementu z elektronicznym miernikiem temperatury pozwala na bezposredni odczyt temperatury z dokladnoscia do 1°C. Natomiast temperatura t pir mierzonona jest pirometrem 3 calkowitego promieniowania. Odczytu dokonywac co 10°C. Wyniki pomiarów zestawic w tabeli. Data : . Rozpoczecia nagrzewania : Podcisnienie w komorze pomiarowej p = Stan powierzchni drutu Nr pomiaru Czas pomiaru tter [ºC] ε tpir [ºC] 1 2 3 4 5 6 7 8 10 Na podstawie wyników opracowac wykres zaleznosci emisyjnosci powierzchni próbki od temperatury. W dalszej czesci cwiczenia naniesc siatke pomiarowa na boczna scianke pieca (rys. 2) a nastepnie wylaczyc zasilanie pieca. Ustawic odpowiednia emisyjnosc na pirometrze i dokonac odczytu temperatury w poszczególnych punktach siatki pomiarowej. Odczytów temperatury z pirometru nalezy dokonywac co 10 min. Wyniki pomiarów zamiescic w tabeli. Wykonac odpowiednie wykresy rozkladu i zmian temperatury. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 19 20 16 17 18 21 22 23 24 Rys.2. Siatka pomiarowa 4 25 Czas pomiaru, min Nr punktu pomiarowego 10 20 30 40 50 60 Temperatura, ºC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Literatura: 1. Hobler T.: Ruch ciepla i wymienniki, WNT, Warszawa 1968. 2. Kostowski E.: Promieniowanie cieplne, PWN, Warszawa 1993. 3. Kotlewski F.: Pomiary w technice cieplnej, WNT, Warszawa 1972. 4. Kruszynski S., Boryca J., Krezolek I., Wyczólkowski R., Janda T.: Cwiczenia laboratoryjne z Termodynamiki i techniki cieplnej, Skrypt SWPCz, Czestochowa 2006. 5. Kulesza J.: Pomiary cieplne, WNT, Warszawa 1993. 6. Kruszynski S.: „Technika cieplna – cwiczenia laboratoryjne”, Skrypt Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa 1990. 7. Michalski L., Eckersdorf K.: Pomiary temperatur, WNT, Warszawa 1969. 8. Sala A.: Radiacyjna wymiana ciepla, WNT, Warszawa 1982. 5