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