Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm µm C C

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm... 25 µm - 40 0 C... 10 000 0 C"

Miluše Čechová
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Základy pyrometrie - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty 0.4 µm µm C C výhody: zanedbatelný vliv měřící techniky na objekt možnost měření rotujících nebo pohybujících se těles možnost měření rychlých teplotních změn lze snímat a zobrazovat celé povrchy těles termovize nevýhody: chyba způsobená nejistotou stanovení emisivity měřeného tělesa chyba způsobená prostupností prostředí chyba způsobená odraženým zářením z okolního prostředí

těles možnost měření rychlých teplotních změn lze snímat a zobrazovat celé povrchy těles termovize nevýhody: chyba

2 Planckův zákon: M 0 = 5 e c 1 c 2 T 1 M o - spektrální hustota intenzity záření [W/m 2 ] C 1 = 3, Wm 2 C 2 = 1, W dφ mk M = M = 2 m ds Stefan-Boltzmanův zákon: M 0 = M 0 d = σ T 0 4 M [W.cm. m ] -2-1 µ K 1000K 500K 300K 200K 77K σ = 5, Wm 2 K viditelné spektrum: µm 10 3 [m] µ

10-2 W dφ mk M = M = 2 m ds Stefan-Boltzmanův zákon: M 0 = M 0 d = σ T 0 4 M [W.cm.

3 Wienův zákon: T < 0,1c 2, T < 3000 zjednodušený Planckův zák.: M 0 = c 5 e 1 C 2 T K M [W.cm. m ] -2-1 µ K 1000K 500K 300K 200K 77K Wienův posunovací zákon: m = b T s rostoucí T klesá a naopak [m] µ b = konst. = 2898 µmk

m ] -2-1 µ 0 10 4 10 2 10 0 10-2 10-4 3000K 1000K 500K 300K 200K 77K

4 Lambertův zákon: L 0 ϕ = konst. I zářivost: d Φ = d Ω L zář: = ds di cos Φ (W)... zářívý výkon (tok) ϕ I ϕ = I N cos ϕ = L ϕ S cos ϕ = L ϕ S n

5 pohltivost α = Φ Φ p d prostupnost τ = Φ Φ t d α Φ p Φ d τ Φ t Φ d - pohltivost pro danou vln. délku -pohlcený tok -dopadající tok - prostupnost pro danou vln. délku -prostupující tok -dopadající tok!! vztahy jsou pro monochromatické záření - 1 vlnová délka!! odrazivost ρ = Φ Φ r d ρ Φ r Φ d - odrazivost pro danou vln. délku -odražený tok -dopadající tok emisivita M α = f ( T, )

délku -prostupující tok -dopadající tok!

6 - atmosférická prostupnost 25 o C: 100 τ [%] HO 2 CO 2 HO 2 0 HO 2 HO 2 CO 2 1 CO [m] µ 100 τ [%] HO 2 CO [m] µ - pro reálná tělesa platí vztah: M = εm 0 ; M = ε M0

100 τ [%] HO 2 CO 2 0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [m]

7 propustnost optiky 100 τ 80 (%) křemen 20 0 safír BaF 2 MgF 2 ZnSe KBr Ge Si 300K 77K ( µ m)

8 Pyrometrie = bezkontaktní měření teloty termočlánkové baterie senzory infračerveného záření Bolometry pyroelektrické detektory polovodičové (kvantové) detektory hlavní problémy: emisivita: neznámá závislá na vlnové délce závislá na teplotě závislost na úhlu k měřenému povrchu pohltivost prostředí

(kvantové) detektory hlavní problémy: emisivita: neznámá závislá na vlnové

9 Okolní vlivy na přesnost IR teploměru

10 metody: úhrnný pyrometr - především termočlánkový jednopásmový pyrometr ( jasový ) dvoupásmový pyrometr 1. termočlánková baterie - konstruována jako tenké kovové pásky nebo Si technologií - často umístěna ve vakuové baňce parametr pro výběr materiálu: Z = 2 α σ typ o Ca víc typ 7-18 µm

termočlánková baterie - konstruována jako tenké kovové pásky nebo Si

11 Mikrobolometr SCD 2001.PPT odporový senzor teploty spojen se substrátem jen tenkými přívody

12 3. Pyroelektrické detektory pyroelektrický jev = změna spontánní polarizace P S při změně T materiály: TGS, PZT, LiTaO 3, PVDF pyroelektrický koeficient: p = P S T T pyroelektrický + čip se zesilovačem transparentní elektroda pyroelektrikum nutná rotující clona S elektroda

pyroelektrický koeficient: p = P S T T pyroelektrický + čip se

13 4. Kvantové (fotoelektrické) detektory D * 1/2 1 (cm Hz W ) Si CCD HgCdZnTe 293 K PbSe 243 K HgCdZnTe 243 K teoretické maximum fotonapěťových detektorů termoelek. detektor pyroelek. detektor b) ( µ m) Relativní citlivost (detektivita) infračervených detektorů

teoretické maximum fotonapěťových detektorů termoelek. detektor pyroelek.

14 Pyrometry úhrnné pyrometry jednopásmové dvoupásmové 1. Úhrnné radiační pyrometry - vyhodnocení teploty podle Stefan-Boltzmanova zák. M = T S skutečná teplota T 0 černá teplota = teplota černého zářiče M intenzita záření 4 0 M0d = σt 0 σ = 5, Wm 2 K -4 -pyrometry jsou výrobcem cejchovány podle černého tělesa -tepelné záření se na senzor zaostřuje soustavou čoček nebo zrcadlem

M = T S skutečná teplota T 0 černá teplota = teplota černého zářiče M intenzita záření 4 0 M0d =

15 σ 4 4 ( T0 TA) = ετ pσ ( T0 TA) 1 T S = ( T0 TA) 4 + T ετ p A 1.2 ε (,T) 1 černé těleso 1 L 0 0,8 0,8 0,6 emisivita 0,6 0,4 měřené 0,4 těleso 0,2. L 0,2 ε µ [m] ε dt T S S = 0,25 dε ε ε - emisivita τ p prostupnost atmosféry τ OP prostupnost optiky Φ Z tok ze zářiče Φ PO tok z pouzdra detektoru

0,2. L 0,2 ε 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 µ [m] ε dt T S S = 0,25 dε ε ε - emisivita

16 OS Kč Přesnost: ±1% ze čtení, rozsah: -18 až 540 C, optika 20:1 OS530L Kč přesnost: ±1% ze čtení, rozsah: -18 až 538 C, optika 10:1, bodové laserové zaměřování

000 Kč přesnost: ±1% ze čtení, rozsah: -18

17 2. Jednopásmové pyrometry -typ polovodič. senzor + filtr -monochromatické pyrometry existují jen teoreticky ( ef, ε ef ) 1 c c2 c2 Ω oπ 5 T o o 5 T S T S dt T S S = c 2 e 1 T = c 2 S = dε ε ε Ω τ π Toc 2 + To ln( ε τ ) = 1 µ T = 1000K c 2 = 1, mk c e 1 L 1,2 černé těleso ψ L 0 1 měřené 1 těleso 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0, , 2 2,5 3 3,5 4 [m] µ ε ψ, ε (,T)

5 T o o 5 T S T S dt T S S = c 2 e 1 T = c 2 S = dε ε ε Ω τ π Toc 2 + To ln( ε τ ) = 1 µ T =

18 Jasový pyrometr (typ jednopásmového pyrometru) 1 1 = + T S T 0 ln( ε τ ) c 2 α =1 τ T T - c S skutečná teplota měřeného předmětu [K] - teplota naměřená pyrometrem[k] je vlnová délka [m] - konstanta, c ε - emisivita 2 = 1,44.10 τ - spektrální propustnost α - spektrální pohltivost - 2 [m.k]

teplota naměřená pyrometrem[k] je vlnová délka [m] - konstanta, c ε -

19 Určení emisivity ε: 1. z tabulek 2. kalibrací nekovové materiály 0,85-0,9 neoxidované kovy 0,5-0,2 Al, Au, Ag 0,02-0,04 u kovů, Si, keramiky ε T

20 termovize Technické parametry: Teplotní rozlišení: 0,1 při 30 C Rozsah zaostřování: 0,4 m až nekonečno Detektor PbSe: chlazený termometrický Frekvence snímání: 15 Hz Výstup video: RS 170 Rozměry: ,3 mm Hmotnost: 1,5 kg Pracovní teplota: -10 C až + 50 C Rázy / Vibrace: 25 g / 2 g Rozlišení hledáčku: 400 řádků Hmotnost 0,85 kg Příkon 7 W AGEMA 210

video: RS 170 Rozměry: 98 220 8,3 mm Hmotnost: 1,5 kg Pracovní teplota: -10 C až + 50 C

21 Long Range Thermal Imager

22 Senzory ionizujícího záření

23 Senzory ionizujícího záření α = He 2+ γ, X... elmag β = e, e + n aktivita [Bq] (Becquerel) A = A e 0 T...rozpadová konstanta dávka [Gy] (Gray) = [J/kg] A = 0.5 T T 1/ 2 D = dn dt = e T 1/ 2 1 / 2 = ln 0,5 = ln 0,5 / dε dm Počet přeměn 1Ci = 3, Bq Curie ~ 1 g radia ε... střední sdělená energie dávkový příkon D & = dd dt

24 Proporcionální detektory Oblast III - lavinovitá nárazová ionizace => proudový impulz Amplituda impulzů proporcionálního detektoru

25 G M detektory (Geiger Müller) Lavinovitá ionizace nezávisí na druhu částic ani na energii Zhášení výboje - elektronicky (Rs) - prostorovým nábojem kolem anody Těžké molekuly org. látek nebo halogenů => konečná životnost mrtvá doba ~ 10-4 s

26 Scintilační detektory Princip: transformace ionizující záření => fotony Scintilátor je spojen s fotodnásobičem, který převede emitované fotony na elektrický impulzní signál luminiscence Scintilační jednotka = scintilátor + fotonásobič Energie fotonů => energie elektronů na fotokatodě

27 Scintilační detektory Fotonásobič 10 6 (10 8 ).. Násobí elektrony SC scintilátor F fotokatoda D dynody nejúčinnější nejdražší nízkointenzivní zdroje

28 Polovodičové detektory Dopad γ fotoefekt (absorpce fotonu, e - => ) Comptonův jev (každý ráz fotonu) vznik párů (e - + e + ) malá šíře zakázaného pásu vynikající spektrometrické vlastnosti výhody: malá š. zak. pásu -> jen 3 ev pro vznik páru (1/10 plyn det.) problém: tepelný proud -> PN přechod v závěr. směru

29 Polovodičové detektory Struktura PIN detektoru intrisická vrstva Ge (Li) 77k Si (Li) k

30 Polovodičové detektory Principiální zapojení a náhradní schéma zapojení PIN detektoru

Podobné dokumenty

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teloty

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teloty Základy pyrometrie - pyrometrie bezkontaktní měření teloty výhody: zanedbatelný vliv měříí tehniky na objekt možnost měření rotujííh nebo pohybujííh se těles možnost měření ryhlýh teplotníh změn lze snímat