 |
Измерение температуры объектов бесконтактными способами
|
|
|
|
1. Цель работы
1.1 Изучение принципа измерения температур объектов бесконтактными способами.
1.2 Изучение радиационного пирометра и тепловизора, получение навыков работы с ними.
1.3 Исследование влияния основных факторов на показания приборов бесконтактного определения температуры.
2. Домашнее задание
2.1 Изучить закономерности теплового излучения и особенности измерения температуры бесконтактными приборами.
2.2 Определить длину волны, на которую приходится максимум излучательной способности абсолютно черного тела (АЧТ) при температуре 25° С и 60°С.
2.3 Рассчитать мгновенное поле зрения для тепловизора и пирометра на расстоянии 1 и 2м.
3. Задание, выполняемое в лаборатории
3.1 Ознакомиться с аппаратурой, размещенной на лабораторном стенде и привести ее в рабочее состояние. Измерить температуру окружающей среды с помощью термопары.
3.2 Определить с помощью пирометра коэффициенты излучательной способности ε1 и ε2 для образца из двух объектов (№1 и №2) с различной излучательной способностью.
3.3 Провести измерение температуры объектов №1 и №2 с расстояния 3метра.
3.4 Перевести пирометр в режим запоминания температуры в реальном времени и провести сканирование по площади поверхности объекта №1 и №2. При этом необходимо выставить ε1 и ε2 соответственно.
3.5 Выставить в тепловизоре значение излучательной способности ε1. Получить термограммы объекта №1 в режиме измерения максимальной температуры по области, минимальной температуры, средней температуры по области.
3.6 Выставить в тепловизоре значение излучательной способности ε2 и повторить действия из 3.3 для объекта №2.
3.7 Произвести нагрев объектов № 1 и № 2 с помощью галогенной лампы. Время нагрева – 3 минуты.
|
|
|
3.8 Повторить измерение температуры пирометром. Для этого следует выставить значение излучательной способности ε1 и ε2 соответственно.
3.9 Получить термограммы объектов №1 и №2 с помощью телповизора. Для корректного измерения температуры выставить значение излучательной способности ε1 и ε2 соответственно.
3.10 Для сравнения произвести измерение температуры АЧТ пирометром и снять термограмму тепловизором при двух температурах, повторяющие температуры, полученные в опытах.
3.11 По полученным термограммам построить профиль температур, включающий точку с максимальной температурой.
3.12 Оформить отчет и сформулировать выводы по результатам проведенных экспериментов. В отчете привести полученные графики и термограммы.
4. Описание лабораторной установки.
Лабораторная установка содержит: радиационный пирометр, тепловизор, термопрару, компьютер, образец с двумя объектами различной излучательной способности и устройства для взаимной фиксации компонент установки.
В лабораторной работе используется набор объектов с различной излучательной способностью, отличающихся друг от друга наличием специальных покрытий.
В лабораторную установку входит портативный радиационный пирометр с лазерным указателем и тепловизор.
Радиационными пирометрами называют приборы для бесконтактного одноточечного измерения температуры объекта по его тепловому излучению. Они основаны на преобразовании потока теплового излучения в электрический сигнал. Для корректного измерения температуры объекта с помощью радиационного пирометра, необходимо знать коэффициент излучающий способности ε.
Тепловизором называют прибор, способный визуализировать тепловые поля на двумерном изображении.
В лабораторную установку входит портативный тепловизор NEC со встроенным видеоканалом, способный совмещать инфракрасное и видимое изображение.
|
|
|
Равномерный нагрев исследуемых объектов производится с помощью софитной лампы мощностью 300 Вт.
Для фиксации объектов в нужном положении используются штатив и гибкая стойка.
5. Методические указания
5.1 Общие указания
При проведении бесконтактных измерений с помощью тепловизора и пирометра следует учитывать, что они реагируют на инфракрасное излучение, которое идет от зоны поля зрения, как за счет собственного излучения, так и за счет теплового потока от нагретых предметов в окружающем пространстве.
Ввиду большой чувствительности тепловизора и пирометра к флуктуациям теплового излучения (до 0.1ºС) при проведении измерений температуры следует обратить внимание не следующие источники погрешности:
Состояние поверхности контролируемого объекта сильнее других факторов влияет на результаты измерения, и этот фактор следует считать основным при использовании тепловизора и пирометра. Поэтому поверхность контролируемого объекта должна быть очищена от загрязнений и пыли.
Тепловое излучение от посторонних источников тепла (батареи отопления, лампы, паяльники и т.п.) не должно прямо или однократно отразившись попадать в объектив тепловизора или пиромтера.
Пирометр имеет быстродействие 0.25 с и запоминает результат, поэтому при появлении на экране дисплея значения измеренной температуры кнопку отсчета можно отпустить. Он измеряет интегральную температуру с области поля зрения, диметр этой зоны равен примерно 1/30 от расстояния от поверхности объекта до прибора.
Перед выполнением измерений следует ознакомиться и руководством по эксплуатации пирометра и тепловизора.
5.2 Проведение измерений
Идеальным материалом для бесконтактного измерения является абсолютно черное тело. Его поверхность излучает максимальную энергию при данной температуре и имеет коэффициент излучения ε = 1.
Для определения коэффициента излучения можно измерить температуру тестового объекта контактным датчиком, затем, регулируя коэффициент излучения на экране пирометра, добиться индикации такой же температуры.
В полевых условиях для определения коэффициента излучения на объект наклеивают ленту с темной шероховатой поверхностью. Коэффициент излучения ленты считают равным единице. Она достаточно быстро принимает температуру объекта, на который наклеена. Направляют пирометр на объект и замеряют температуру. Затем добиваются индикации такой же температуры, направляя пирометр на объект и регулируя коэффициент излучения. Этот способ так же пригоден для тепловизора, измерения температуры при этом следует проводить в режиме измерения в точке, или малой области. Сначала совместив область, где измеряется температура с лентой, а затем с объектом.
|
|
|
Для повышения достоверности следует осуществить сравнение результатов нескольких измерений температур одного и того же материала и взять среднее значение коэффициента теплового излучения.
Так же для известных материалов коэффициент излучения можно установить по таблице. При этом точность табличного коэффициента ε, обычно хуже, чем при непосредственном измерении по вышеописанным алгоритмам.
5.3 Указания по выполнению домашнего задания.
При изучении теоретических вопросов обратить внимание на то, какие величины влияют на поток теплового излучения и показания бесконтактных приборов измерения температуры.
Максимум температуры АЧТ соответствует длине волны (в мкм)
λmax= 2898 / Т,
где Т- абсолютная температура АЧТ в К.
Диапазон длин волн, воспринимаемых пирометром и тепловизором составляет 8-14 мкм.
5.4 Указания по выполнению лабораторного задания.
После нагрева объектов измерения стоит производить по возможности быстрее, чтобы исключить их остывание.
Измерения температуры бесконтактными приборами следует производить с расстояния порядка одного метра.
6. Контрольные вопросы
1. Каким образом происходит теплопередача?
2. От чего зависит теплопередача за счет теплопроводности и конвекции?
3. От чего зависит поток теплового излучения?
4. Как определить поток теплового излучения?
5. Назовите основные составляющие погрешности при измерении температуры радиационным пирометром и тепловизором.
|
|
|
6. Как влияет состояние поверхности объекта на показания теполвизора и пирометра?
7. В каком случае размеры объекта будут влиять на показания пирометра и на показания тепловизора?
8. Перечислите параметры объекта, которые можно определить с помощью тепловизора и пирометра.
Литература
- Неразрушающий контроль: Справочнк: в 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Том 5. Тепловой контроль. В.П. Вавилов. – 2-е изд.- М.: Машиностроение, 2006 – 688с.
- Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов. – М.:Высш. шк., 1988 – 368с.
Лабораторная работа № 5
|
|
|
