CW01 - Teorie měření a regulace

Podobné dokumenty
Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

Školení CIUR termografie

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

Fyzikální podstata DPZ

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

Bezkontaktní me ř ení teploty

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)

Bezkontaktní termografie

Technická diagnostika Termodiagnostika Ing. Jan BLATA, Ph.D. Kat. 340, VŠB-TU Ostrava Ostrava 2014

16. MĚŘENÍ TEPLOTNÍ VYZAŘOVACÍ CHARAKTERISTIKY VOLFRAMOVÉHO VLÁKNA PYROMETREM

Měření teploty v budovách

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Zobrazení v IR oblasti s využitím termocitlivých fólií

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Spektrální charakteristiky

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

Základy práce s IČT kamerou. Ing. Jan Sova, Centrum termografie

DPZ - IIa Radiometrické základy

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Stručný úvod do spektroskopie

TERMOGRAFIE A PRŮVZDUŠNOST LOP

TERMOGRAFIE A PRŮVZDUŠNOST LOP

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Vnitřní energie. Teplo. Tepelná výměna.

Zdroje optického záření

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Technologie a procesy sušení dřeva

Charakteristiky optoelektronických součástek

Příručka pro infračervenou měřicí techniku

Záření absolutně černého tělesa

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Moderní metody rozpoznávání a zpracování obrazových informací 15

TERMOVIZE A BLOWER DOOR TEST

Ing. Jiří Fejfar, Ph.D. Dálkový průzkum Země

Světlo jako elektromagnetické záření

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Infračervená termografie ve stavebnictví

I. diskusní fórum. Možnosti zajištění kvality stavby (diagnostická metoda infračervená termografie) VZDĚLÁVACÍ MATERIÁL O DISKUTOVANÉM TÉMATU

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

PRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí.

Bezdotykové měření teploty

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

Snímkování termovizní kamerou

Měření teploty zvláštní a bezdotykové

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

Vzhled termálních obrazových záznamů. Princip termálního snímání. Dálkový průzkum země v termální části spektra. Charakteristika. Fyzikální podstata

TEPLO, SVĚTLO, ENERGIE

Návod k obsluze. TERMOGRAF SCAN2001 BlueSENSE. TERMOGRAF SCAN2001 BlueSENSE Termografický systém infračervený

Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ

Středoškolská technika 2016 ÚSPORA ENERGIE PŘI ZATEPLENÍ

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Podklady k principu měření a detekce záření (radiové vlny, neviditelné záření)

11.13 Tepelná emisivita betonu

M e P S. Vyzařující plocha S je konstantní stejně jako σ a pokud těleso odvádí energii jen zářením

Slunce zdroj energie pro Zemi

MĚŘENÍ RELATIVNÍ VLHKOSTI. - pro měření relativní vlhkosti se používají metody měření

AX Návod k obsluze. UPOZORNĚNÍ: Tento návod popisuje tři modely, které jsou odlišeny označením model A, B a C. A B C.

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

e, přičemž R Pro termistor, který máte k dispozici, platí rovnice

Spektrální analyzátor Ocean optics

1 ÚVOD 2 TEORETICKÉ POZADÍ INFRAČERVENÉ TERMOGRAFIE

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

Infračervená spektroskopie

Historie bezdotykového měření teplot

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Vybrané spektroskopické metody

Obrazové snímače a televizní kamery

Obrazové snímače a televizní kamery

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

ANALÝZA VYBRANÝCH DETAILŮ STAVEBNÍ KONSTRUKCE OBVODOVÉHO PLÁŠTĚ STAVBY SUPERMARKETU GLOBUS V LIBERCI

Viditelné elektromagnetické záření

9. Měření teploty. P. Ripka A3B38SME přednáška 9

Glass temperature history

Na základě toho vysvětlil Eisnstein vnější fotoefekt, kterým byla platnost tohoto vztahu povrzena.

Učební texty z fyziky 2. A OPTIKA. Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů. V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Termografie - měření povrchu železobetonového mostu

Principy chemických snímačů

CZ.1.07/1.1.30/ SPŠ

CW01 - Teorie měření a regulace

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Termovizní měření. 1 Teoretický úvod. Cíl cvičení: Detekce lidské kůže na snímcích z termovizní i klasické kamery

Pokusy s ultrafialovým a infračerveným zářením

Moderní trendy měření Radomil Sikora

MIKROPORÉZNÍ TECHNOLOGIE

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teloty

Transkript:

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace ZS 2010/2011 6.1a 2010 - Ing. Václav Rada, CSc.

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření a regulace emisivní - 1 17.-em1 ZS 2014/2015 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.

Úvodní pokračování - 1. díl o A emisivních principech snímačů VR - ZS 2010/2011

Princip snímačů je založen na povrchovém vyzařování, které každé těleso vysílá do chladnějšího okolního prostředí v určitém frekvenčním spektru = emituje tepelné záření. V principu se jedná o měření zářivosti povrchu tělesa. Obvykle je toto záření (tepelná emise) v infračerveném frekvenčním spektru. Existenci infračerveného záření objevil v roce 1800 Sir William Herschel

Celková energie, kterou těleso vyzáří jednotkovou plochou svého povrchu za jednotku času je celková zářivost - ta je závislá na absolutní teplotě tělesa ( T [ ºK ]) podle Planckova zákona zachycujícího i vliv materiálu vyzařujícího povrchu. Každé těleso s t > 0 ºK vyzařuje elektromagnetické záření.

Hodnota spektrální zářivosti je dána základním vztahem: E λ = de / dλ kde E je celková zářivost λ vlnová délka záření (čím je > absolutní teplota, tím bude < λ ). Intenzita vyzařování je dána Planckovým zákonem: E oλ = A λ * C 1 / (λ 5 * ( e k 1 )) pro k = C 0 / ( λ * T ) kde A λ poměrná pohltivost sálajícího tělesa C 0 vyzařovací konstanta = 3,17 * 10-16 kcal * m 2 /hod C 1 vyzařovací konstanty = 0,01438 m o K T absolutní teplota.

Srovnávací nulou je vyzařování absolutně černého tělesa (tzv. platinová černá), které má poměrnou pohltivost A λ = 1 např. leštěný Al má A λ = 0,05 (0,04 až 0,07), zlato A λ = 0,025, struska A λ = 0,67 až 0,97.

Zjednodušená forma Wienův zákon platnost je omezena na malé hodnoty součinu λ * T tj. pro obor krátkovlnného (ultrafialového) spektra: E oλ = ( C 1 / λ 5 ) * e m pokud m = C 2 / (λ * T ) >> 1.

Každé těleso s t > 0 K vyzařuje elektromagnetické záření Termografie využívá měření v infračerveném pásmu (IČ).

Rozložení vlnových délek podle použití elektromagnetického spektra

Rozložení vlnových délek podle použití elektromagnetického spektra

Rozložení vlnových délek pro viditelné světlo (rozklad barev)

Rozložení vlnových délek pro viditelné světlo (rozklad barev)

Rozložení vlnových délek pro viditelné světlo (rozklad barev) pro denní a noční období

Zatímco přenos energie světla se děje ve viditelné oblasti spektra od 0,4 µm do 0,75 µm, přenos tepla radiací zabírá oblast spektra mezi 0,75 µm a asi 100 µm (ačkoliv většina praktických měření se provádí v okolí 20 µm). Všechny povrchy těles, které jsou teplejší než absolutní nula, vysílají energii v infračerveném spektru. Velmi teplá tělesa ve spektru viditelného světla. Topná tělesa elektrických kamen s teplotou 800 K žhnou tmavě rudě, a jak vychládají tak ztrácejí viditelnou červenou barvu, ale teplo vyzařují radiací. Energie vyzařovaná radiací je cítit rukama.

Z hlediska charakteristiky IR radiace se rozlišují tři typy povrchů těles: černého tělesa, šedého a našedlého (tzv. reálného nebo spektrálního tělesa). Černé těleso definujeme jako teoretický povrch (v praxi neexistuje), který má jednotkovou emisivitu v celém rozsahu vlnových délek a absorbuje všechnu radiační energii, která na něj dopadá. Emisivita reálného tělesa je definována jako poměr radiačních energií emitovaných při stejné teplotě z povrchu daného tělesa a tělesa černého. Povrchy mnohých těles jsou šedé, což znamená, že emisivita tělesa je téměř konstantní s měnící se vlnovou délkou.

Infračervená radiace ze zkoumaného tělesa prochází na své cestě k snímači (čidlu) v přístroji různými medii pro vakuum neztrácí žádnou energii. V praxi ale je médiem vzduch. Pro krátké vzdálenosti, např. několik metrů, lze vliv vzduchu zanedbat. Pokud tato vzdálenost naroste je zdrojem chyb. Dva spektrální intervaly, které jsou relativně prosté ztrát z absorpce. Jde o tzv. atmosférická okna" v pásmu 3 5 µm a v pásmu 8 14 µm. Většina přístrojů, pracujících v oblasti infračerveného spektra pracuje proto v těchto oknech". Termokamera snímá obrázky v okně pásma 8 14 µm.

Snímače založené na pyrometrických vlastnostech těles vhodných materiálů se vyrábí ze sloučenin baryumtitanát. stronciumtitanát, berowski a dalších. Spektrální rozsah, v němž může přístroj měřit bývá 0,1 až 200 μm - maximum rozsahu od 0,5 do 1000 μm. Měření je vždy závislé na hodnotě emisivity ε, která je pro každý materiál (vyzařující materiálový povrch) různá. Vyhodnocovací část měřicího přístroje sleduje množství celkově vyzářené energie.

Příklady hodnot emisivity různých hmot Nekovové materiály 0,85 až 0,9 Neoxidované kovy 0,2 až 0,5 Al, Au, Ag 0,02 až 0,04 Stavební materiály a konstrukce 0,85 až 0,95

Nejdůležitější okrajové podmínky jsou: emisivita povrchu (0 až 1) odražená energie (od okolních konstrukcí) vzdálenost mezi objektem a kamerou relativní vlhkost a teplota vzduchu s rostoucí emisivitou se snižuje vliv odražené energie propustnost atmosféry Při nevědomosti, jak mohou okrajové podmínky ovlivnit měření se lze dopracovat k chybám dosahujících několik set procent.

Radiační teploměry neboli pyrometry mohou pracovat na těchto hlavních principech: * měření spektrální závislosti na zvolené vlnové délce obvykle se volí délka λ = 0,65 μm (červená čářa vodíkového spektra * měření zářivosti ve zvoleném rozsahu (oboru) vlnových délek fotopyrometry a barvové pyrometry nejčastěji se volí část spektra mezi 0,35 a 0,7 μm, případně i nad 0,7, což je oblast infračervená * měření celkové zářivosti radiační pyrometry, termovize, ardometry.

Základní typy pyrometrů - spektrální využívají monochromatické záření - úzkopásmové citlivé na poměrně přesné vymezení λ - širokopásmové využívají celé spektrum záření - jasové srovnání jasu pomocného tělesa s měřeným jasem - barvové srovnávací porovnává se barevný vjem směsné barvy získané ze dvou barev měřeného tělesa vzhledem k předem zvolené barvě srovnávacího zdroje záření - barvové poměrové poměr záření měřeného tělesa v různých spektrálních rozsazích - intenzivní srovnává se intenzita vyzařování jen v určitém spektrálním rozsahu.

Přenos tepla Teplota je mírou termální energie obsažené v jakémkoli objektu. Teplota kteréhokoliv objektu se dá změřit množstvím metod a prostředků a je definován teplotní stupnici. Teplota nám ve své podstatě říká, kterým směrem poteče tepelný tok mezi dvěma objekty.

Přenos tepla Existují 3 základní typy přenosů tepla: vedení (kondukce), proudění (konvekce) a záření (radiace). Všechno teplo je přenášeno jedním z těchto tří typů přenosů, obvykle je kombinací dvou nebo všech tří typů přenosů. Infračervená termografie je pochopitelně nejblíže radiačnímu přenosu tepla, ale důležité je pochopit všechny tři typy, což usnadní pochopení významu IR termogramů.

Přenos tepla

Přenos tepla vedením Přenos tepla vedením se uplatňuje hlavně u pevných těles, ale i u kapalin a plynů. Jde vlastně o přenos vibrací (tepelné kmitání) atomů pevných těles nebo srážek molekul v plynech, čímž dochází k pohybu energie od teplejší molekuly směrem ke studenější. T 1 ΔT dl ΔT = T 1 T 2 T 2 Přenos tepla vedením materiálem síly dl U homogenního materiálu je průchod tepla lineární

Přenos tepla prouděním Přenos tepla prouděním se uplatňuje hlavně u kapalin a plynů. Jde vlastně o přenos vibrací (tepelné kmitání) atomů pevných těles nebo srážek molekul v plynech, čímž dochází k pohybu energie od teplejší molekuly směrem ke studenější. ΔT = T 1 T 2 T 1 (nucené) proudění média T 2 Teplota na povrchu Hraniční vrstva Povrch tělesa

Přenos tepla radiací T1 T2 Wodr + Wproch + Wvyzář těleso - povrch ODRAŽENÁ PROCHÁZEJÍCÍ TEPEL. EN. VYZÁŘENÁ

Celková vyzářená energie za jednotku času z jednotkové plochy povrchu tělesa: E λ = de / dλ kde: E zářivost povrchu E λ spektrální zářivost pro danou vlnovou délku λ daného záření.

Celková zářivost dokonale černého (povrchu) tělesa je dána Stephan Boltzmanovým zákonem E 0 = E λ0 * dλ = c 3 * T 4 pro c 3 = 4,9 * 10-8 [kcal / m 2 * hod * ºK ]. od 0 do Velikost hodnoty E λ0 je funkcí vlnové délky λ a teploty T čím je vyšší teplota tím je nižší hodnota λ pro maximum λ m platí Wienův zákon : λ m = 0,002897 / T [ m, -, ºK ]

Např. pro teplotu povrchu absolutně černého tělesa 1600 ºK bude vlnová délka přibližně 1,4 μm (přibližně dvojnásobek vlnové délky viditelného světla, čili infračervená oblast) a spektrální zářivost E λ0 dosáhne hodnoty až 350 [ kcal / m 2 * hod ]. Využití uvedených principů k měření a měřicím přístrojům: a) optický pyrometr --- spektrální zářivosti na zvolené vlnové délce, která se obvykle volí = 0,65 μm (přísluší červené čáře vodíkového spektra b) foto-pyrometr, barvový pyrometr --- vlnová délka se volí z vi-ditelného spektra nebo z infračervené oblasti c) radiační pyrometr, ardometr --- měří celkovou zářivost.

Optický (jasový) pyrometr - měření teploty je založeno na porovnání barvy měřeného povrchu a rozežhaveného speciálního vlákna nebo zeslabováním toku světla (zeslabováním jasu) z povrchu tělesa pomocí např. irisové clonky, rotujícím segmentem,polarizací nebo pomocí předsazeného otočného klínku ze šedého skla - vhodné pro měření teplot vyšších než 1063 ºC (Au)

Optický (jasový) pyrometr zářič červený filtr oko objektiv šedý filtr objektiv měřicí přístroj cejchovaný ve [ºC]

Foto-pyrometr - jako snímač je použit fotocitlivý prvek fotonka, fotodioda, fototranzistor, CCD prvek, atp. - starší provedení používalo exponování na film s vrstvou citlivou na infračervené světlo - teplota se vyjadřovala jako míra zčernání. Barvový pyrometr - principem je rozklad dopadajícího záření ve viditelném spektru na červenou a zelenou složku optickým klínem (hranolem) - teplota je určena polohou klínu, kdy spojením barev vznikne bílé světlo

Radiační pyrometr - dopadající tepelná energie ohřívá teplotní čidlo a převede se na elektrický signál - výhodou je neexistence maxima teploty, kterou lze takto změřit - výborná mechanická odolnost - schopnost měřit bezdotykově - měří i nízké teploty (záleží na čidle a optice)

a to by bylo k informacím o dalších principech snímačů (skoro) vše 4-61a.. VR - ZS 2010/2011

Témata