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 17.10.2007 Datum vypracování 13.11.2007 Středa 4+5 Školní rok 2007/2008 Semestr 1 Ročník 1 NMgr
1. Úvod Infračervené záření je neviditelné elektromagnetické vlnění o vlnových délkách 760-10 000 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 700-2000 mm, to znamená, že část vyzařované energie spadá do oblasti viditelného záření.zdrojem záření je wolframové vlákno s pracovní teplotou 2100-2400 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 1600 4000 mm. Čili v porovnání se zářiči svítivými budou nižší i jejich pracovní teploty,které jsou v rozmezí 450-1000 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.
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. 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 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 teplota t1[ C] 32 33 36 39 45 44 45 45 46 45 51 48 49 48 50 48 50 44 44 45 45 45 44 42 40 teplota t2[ C] 33 34 41 44 55 55 56 56 55 50 56 56 60 60 66 59 59 50 50 54 54 57 56 52 46 Teplotní pole 70 60 50 T [ C] 40 30 20 10 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 pořadí termočlánku Vzdálenost 16 cm Vzdálenost 22 cm t 1ust =375 C T 1ust =375+273,15=648,15 K λ = 2,898*10-3 / 648,15 = 4471 nm t 2ust =376 C T 1ust =376+273,15=649,15 K λ = 2,898*10-3 / 649,15 = 4464 nm
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 1 2 3 4 5 6 7 1 28 28 32 33 30 38 27 2 30 32 35 33 34 30 28 3 30 22 36 36 35 22 30 4 33 35 37 38 35 30 30 5 34 27 30 35 33 32 30 6 32 32 30 33 32 32 28 7 28 30 28 26 30 30 28 Prostorové teplotní pole ve vzdálenosti 22cm 38 36 34 36-38 34-36 32 32-34 T [ C] 30 28 26 24 22 20 S7 S5 S3 30-32 28-30 26-28 24-26 22-24 20-22 1 2 3 4 5 6 7 S1 Pohled shora na teplotní pole S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 1 2 3 4 5 6 7 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38
rozložení teplot [ C] v prostoru (l 2 ) osy 1 2 3 4 5 6 7 1 29 27 34 33 30 29 28 2 32 34 38 35 35 31 29 3 32 26 42 41 37 26 30 4 35 38 41 34 36 32 30 5 35 21 37 38 35 34 30 6 32 23 35 33 34 31 29 7 29 30 30 26 30 29 27 Prostorové teplotní pole ve vzdálenosti 18cm 42 40 38 36 34 32 T [ C] 30 28 26 24 22 20 S3 S5 S7 40-42 38-40 36-38 34-36 32-34 30-32 28-30 26-28 24-26 22-24 20-22 1 2 3 4 5 6 7 S1 Pohled shora na teplotní pole S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 1 2 3 4 5 6 7 21-23 23-25 25-27 27-29 29-31 31-33 33-35 35-37 37-39 39-41 41-43 43-45
t 1ust =476 C T 1ust =476+273,15=749,15 K λ = 2,898*10-3 / 648,15 = 3868 nm t 2ust =483 C T 1ust =483+273,15=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 (760-10 000 nm). 6. Použité přístroje - Multimetr s teplotním senzorem 7312 - Multimetr s teplotním senzorem 7313 - Mastech multimetr MS8217 - Infrazářiče se senzorovou plochou (s termočlánky)