ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY

Transkript

1 ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY ELEKTROTEPELNÁ TECHNIKA Infrazářiče Vypracoval: Václav Laxa Ostatní členové měřícího týmu: Otakar Zavřel Jan Kokeisl Jakub Loquenz Cvičení Datum měření Datum vypracování Středa 4+5 Školní rok 2007/2008 Semestr 1 Ročník 1 NMgr

2 1. Úvod Infračervené záření je neviditelné elektromagnetické vlnění o vlnových délkách nm,přenášející tepelnou energii.v průzračném prostředí se toto záření šíří přímočaře všemi směry a na rozhraní dvou prostředí s různou hustotou dochází k jeho lomu.mezi další vlastnosti elektromagnetického vlnění z této oblasti vlnových délek patří odraz od lesklých ploch a možnost jeho koncentrace. Toto záření také působí na fotografický materiál. Zdrojem infrazáření se stává každé těleso,jež se nachází v průzračném prostředí a má teplotu vyšší než 0 K. Zářivá energie,která je pohlcena neprůzračným tělesem se přemění v energii tepelnou. Dopadá-li na povrch tělesa zářivý tok, rozdělí se na Φc = Φp + Φo + Φpr kde Φc.. celkový Φp.. pohlcený Φo.. odražený Φpr.. propustný Vlnovou délku lze pak přepočíst dle Wienova zákona podle vztahu : λ* T = 2,898*10-3 [mk] Využití infrazáření: Infračervené záření se využívá především při ohřevu látek.dopadá-li na povrch určitého tělesa zářivá energie,jeho teplota bude nejprve poměrně rychle stoupat a s ní současně i vlastní vyzařování tělesa do chladnějšího okolí. Po určitém čase se vytvoří ustálený stav,kdy teplota ozařovaného tělesa bude konstantní a nezávislá na čase. Pro využití infrazáření bylo zkonstruováno několik typů infrazářičů, které lze rozdělit do dvou skupin: - infrazářiče svítivé. - infrazářiče temné. 1) Svítivé zářiče vyzařují energii v oblasti vlnových délek od mm, to znamená, že část vyzařované energie spadá do oblasti viditelného záření.zdrojem záření je wolframové vlákno s pracovní teplotou K.Skleněná banka tohoto zářiče má tvar parabolického reflektoru,který je na vnitřní straně opatřen odraznou kovovou vrstvou (hliník,stříbro). Účinnost tohoto zářiče je 65 %. Do skupiny svítivých zářičů patří také infrazářiče křemenné.v křemenné trubce je osově umístěna topná spirála z odporového materiálu, která má pracovní teplotu až 1500 K.Zdrojem infrazáření je jednak vlastní spirála,ale i ohřátá baňka z křemenného skla. 2) Temné infrazářiče vyzařují energii převážně v rozsahu vlnových délek mm. Čili v porovnání se zářiči svítivými budou nižší i jejich pracovní teploty,které jsou v rozmezí K.Zdrojem zářivé energie bývá nejčastěji keramická hmota, která je ohřívána pomocí topné spirály zalisované uvnitř. Tyto typy keramických zářičů se používají s různým tvarem (korýtkové,hříbkové).vzhledem k zářičům svítivým jsou tyto zdroje podstatně odolnější proti mechanickému poškození.

3 Infračervené záření se využívá pro nejrůznější účely.pro malou pronikavost se elektromagnetické vlnění těchto vlnových délek při průmyslovém využití používá především k sušení laků,papíru, tkanin, smaltu a keramiky - materiálů s malou tloušťkou.popř. k vytápění místností. 2. Úkol měření 1. Naměřte oteplovací křivku plošného termočlánku při jeho ozařování při různé vzdálenosti 2. Naměřte zářivá pole pro různé typy infrazářičů a různé vzdálenosti od měřící roviny 3. Naměřené hodnoty uveďte do grafů 3. Postup měření: Měření jsme prováděli s dvěma typy infrazářičů. Při prvním měření jsme ozařovali Al desku na které bylo v řadě rozmístěno 25 Fe-Ko termočlánků, pomocí kterých jsme snímali teplotu v různých bodech ozařované roviny. Vyčkali jsme ustálení teploty zářiče a následně provedli odečet teplot pro 2 různé vzdálenosti infrazářičů od hliněné desky. Druhé měření bylo provedeno s plošným infrazářičem pod kterým byla umístěna rovněž hliníková deska se 49 FeKo termočlánky uspořádanými prostorově (7x7). Postup je analogicklý tedy po ustálení teploty opět odečítáme pro 2 vzdálenosti infrazářiče od termočlánků. Vzdálenost je třeba volit s ohledem na možné spálení termočlánků tedy nesmí být menší než 15cm).

4 4. Naměřené a vypočtené hodnoty 4.1. Rovinná deska ustálená teplota t 1ust =375 C ustálená teplota t 2ust =376 C vzdálenost zářiče l 1 =22cm vzdálenost zářiče l 2 =16cm termočlánek teplota t1[ C] teplota t2[ C] Teplotní pole T [ C] pořadí termočlánku Vzdálenost 16 cm Vzdálenost 22 cm t 1ust =375 C T 1ust = ,15=648,15 K λ = 2,898*10-3 / 648,15 = 4471 nm t 2ust =376 C T 1ust = ,15=649,15 K λ = 2,898*10-3 / 649,15 = 4464 nm

5 4.2. Prostorová deska ustálená teplota t 1ust =476 C ustálená teplota t 2ust =483 C vzdálenost zářiče l 1 =22cm vzdálenost zářiče l 2 =18cm rozložení teplot [ C] v prostoru (l 1 ) osy Prostorové teplotní pole ve vzdálenosti 22cm T [ C] S7 S5 S S1 Pohled shora na teplotní pole S7 S6 S5 S4 S3 S2 S

6 rozložení teplot [ C] v prostoru (l 2 ) osy Prostorové teplotní pole ve vzdálenosti 18cm T [ C] S3 S5 S S1 Pohled shora na teplotní pole S7 S6 S5 S4 S3 S2 S

7 t 1ust =476 C T 1ust = ,15=749,15 K λ = 2,898*10-3 / 648,15 = 3868 nm t 2ust =483 C T 1ust = ,15=756,15 K λ = 2,898*10-3 / 649,15 = 3833 nm 5. Závěr Z provedeného měření a grafické vizualizace je zřejmé, že s rostoucí vzdáleností je teplotní pole infrazářičů rovnoměrnější, více rozprostřené a dosahuje nižších teplot. Naopak při menší vzdálenosti ozařované desky pole vykazuje více nárůstů a poklesů. Při měření má vliv i umístění ozařované desky v našem případě u okna lze pozorovat na pohledu 2D shora ochlazování zadní stěny panelu s termočlánky. Při výpočtu vlnové délky jsme si ověřili, že všechny hodnoty odpovídají spektru neviditelného elektromagnetického vlnění přenášející tepelnou energii ( nm). 6. Použité přístroje - Multimetr s teplotním senzorem Multimetr s teplotním senzorem Mastech multimetr MS Infrazářiče se senzorovou plochou (s termočlánky)

8

9