Informacje techniczne - Pirometry
•  Wartości współczynnika emisyjności  [ε]
•  Barwy i nie szarości pirometrów dwubarwowych
Opis

Informacje techniczne –Pirometry


Wartości współczynnika emisyjności [ε]


Cegła czerwona (chropowata) – 0,75...0,9
Glina ogniotrwała (szamotowa) - 0,75
Azbest – 0,95
Asfalt – 0,90...0,98
Beton – 0,7...0,94
Cement 0,96
Tynk 0,80...0,90
Zaprawa murarska 0,89...0,91
Piach 0,90
Ziemia 0,92...0,96
Marmur - 0,9
Karborund - 0,85
Tynk - 0,9
Tlenek glinu (korund) (drobnoziarnisty) - 0,25
Tlenek glinu (korund) (gruboziarnisty) - 0,45
Dwutlenek krzemu (krzemionka) (drobnoziarnisty) - 0,4
Dwutlenek krzemu (krzemionka) (gruboziarnisty) – 0,55
Krzem polerowany (grubość 0,3 mm) - 0,7
Krzemian cyrkonu do 500 °C  -  0,85
Krzemian cyrkonu w 850 °C - 0,6
Kwarc (chropowaty) - 0,9
Węgiel (grafit) - 0,75
Węgiel (sadza) - 0,95
Drewno (różne) – 0,8...0,9
Emalia (dowolnego koloru) - 0,9
Farba olejna (dowolnego koloru) - 0,95
Lakier - 0,9
Czarna farba matowa – 0,95...0,98
Lakier aluminiowy (metalizowany) - 0,5
Woda – 0,92...0,96
Lód – 0,96...0,98
Śnieg – 0,83
Guma (gładka) - 0,9
Guma (chropowata) - 0,98
Tworzywa sztuczne – 0,8...0,95
Folie z tworzyw sztucznych (grubość 0,5 mm) – 0,5...0,95
Folia polietylenowa (grubość 0,3 mm) – 0,2...0,3
Papier i karton (tektura) - 0,7...0,94
Drewno/belki drewniane – 0,90
Węgiel drzewny – 0,96
Lakier – 0,80...0,95
Lakier (mat) – 0,97

Cynk (utleniony) - 0,1*
Żelazo ocynkowane - 0,3
Stal pokrywana cyną - 0,1*
Złoto (polerowane) - 0,1*
Srebro (polerowane) - 0,1*
Chrom (polerowany) - 0,1*
Żeliwo (polerowane) - 0,2
Stal walcowana (w 100°C) - 0,45
Stal walcowana (w 1000°C) – 0,6...0,7
Stal (blacha szlifowana) - 0,6
Stal miękka – 0,3...0,5
Płyta stalowa (utleniona) - 0,9
Płyta żelazna (zardzewiała) -0,7...0,85
Żeliwo (chropowate) zardzewiałe - 0,95
Chropowaty żelazo technicznie czyste - 0,9
Ciekłe żeliwo - 0,3
Ciekła stal miękka – 0,3...0,4
Stal nierdzewna (polerowana) - 0,1
Stal nierdzewna (różna) – 0,2...0,6
Aluminium polerowane - 0,1*
Aluminium (silnie utlenione) - 0,25
Tlenek glinu w 260°C - 0,6
Tlenek glinu w 800°C - 0,3
Stopy aluminium (różne) – 0,1...0,25
Mosiądz (polerowany) - 0,1*
Mosiądz (powierzchnia szorstka) - 0,2
Mosiądz (utleniony) - 0,6
Miedź (polerowana) - 0,05*
Płyta miedziana (utleniona) - 0,8
Miedź ciekła - 0,15
Ołów (czysty) - 0,1*
Ołów (utleniony w 25°C) - 0,3
Ołów (utleniony przy podgrzaniu do 200°C) - 0,6
Nikiel (czysty) - 0,1
Płyta niklowa (utleniona) – 0,4...0,5
Nichrom - 0,7
Nichrom (utleniony) - 0,95
Grafit - 0,95

Tkanina – 0,90
Ubrania (czarne) – 0,98
Ludzka skóra – 0,98

* współczynnik emisji zmienia się zależnie od czystości
 


Barwy i nie szarości pirometrów dwubarwowych

Zalety pirometrów radiacyjnych przyczyniły się do coraz większej ich popularności. Zaletami tymi są: możliwość zdalnego, bezkontaktowego pomiaru temperatury (b. ważna przy pomiarze elementów będących w ruchu), precyzja współczesnych rozwiązań technicznych minimalizująca maksymalnie błąd pomiarowy do wielkości porównywalnej z termoelementami oraz ich długowieczność przynosząca poważne efekty ekonomiczne.
Jednocześnie powstało dosyć powszechne przekonanie o poważnym wpływie współczynnika emisyjności e na wynik pomiaru. Praktycznie - jednym ze wzorów określających ten współczynnik jest równanie

barwy_1

Jak wynika z powyższego „ciało doskonale czarne" posiada współczynnik emisyjności e = 1, natomiast wszystkie pozostałe ciała fizyczne posiadają wartość e < 1.
Wartość tego współczynnika zależy przede wszystkim od rodzaju mierzonego materiału oraz od jego stanu powierzchniowego (powierzchnia wypolerowana wzgl. matowa). Rozwiązania konstrukcyjne pirometrów poszły w dwóch kierunkach w celu eliminacji wpływu współczynnika emisyjności oraz jego zmian:

1. Na podstawie rozwiązań teoretycznych, potwierdzonych praktyką zaczęto konstruować pirometry z detektorami pracującymi na jak najkrótszej długości fali podczerwieni.

2. Również na podstawie teorii skonstruowano pirometr dwubarwowy (ilorazowy).

Rozwiązanie nr 2 wychodzi ze - skądinąd słusznego - założenia, że wielkość energii promieniowania podczerwonego skupionego na detektorze jest funkcja:

 

E=e x s x M(t)

Gdzie:
E - natężenie energii
e - współczynnik emisyjności
s - wielkość geometryczna powierzchni mierzonej
M(t) - energia zależna od temperatury powierzchni mierzonej.

Zrealizowano więc konstrukcję pirometru dwubarwowego składającego się z dwóch torów pomiarowych. Każdy z tych torów mierzy natężenie promieniowania podczerwonego na innej długości fali. Porównanie (iloraz) tych natężeń doprowadza do rewelacyjnej konkluzji wyrażonej wzorami:

barwy_2

Wydaje się więc, że sygnał wyjściowy pirometru zależny jest jedynie od ilorazu energii wypromieniowanej przez ciało mierzone na długościach fal podczerwieni l1 i l2.

barwy_3

R E W E L A C J A   ! ! !
Udało się nam wyeliminować współczynnik emisyjności e ! jak i również wpływ wielkości powierzchni mierzonej „s" na wynik pomiaru. Wiele firm produkujących pirometry zaczęło wykorzystywać w/w konkluzję i do dzisiaj oferuje urządzenia marketingowo określane jako "automatycznie eliminujące współczynnik emisyjności". Użytkownicy sprawdzający teorię w praktyce są nieprzyjemnie zdziwieni i rozczarowani.

Błąd w dotychczasowych rozważaniach polega na zbyt powierzchownym podejściu do teorii fizycznych. Współczynnik emisyjności na dwóch długościach fali: l1 i l2 nie są sobie równe, co gorsza ich iloraz w zależności od emisyjności obiektu mierzonego i jego temperatury bardzo się zmienia. Iloraz ten po głębszych rozważaniach określono "współczynnikiem nieszarości":

barwy_4

Współczynnik ten dla "ciała doskonale szarego" wynosi 1 - jednak w praktyce takie "ciało" jest trudniej spotkać niż "ciało doskonale czarne".
Najlepszym przykładem wpływu w/w współczynnika na wynik pomiaru - który najbardziej nas interesuje - jest porównanie błędu przy pomiarze temperatury 1000°C przy minimalnej zmianie emisyjności obiektu mierzonego (5%) za pomocą trzech pirometrów:

1. Pirometr mierzący na długości fali 1mm
Błąd pomiarowy = barwy_5 = ±5,2°C

2. Pirometr mierzący na długości fali 8 ÷ 11,5mm
Błąd pomiarowy = barwy_6 = ±36,76°C

3. Pirometr dwubarwowy mierzący na długości fal 0,85 i 1,1mm
Błąd pomiarowy = barwy_7 = ±75,76°C

Obliczenia błędów wynikają z przeliczeń teoretycznych i zostały niejednokrotnie potwierdzone w praktyce.
Cóż więc robić aby prawidłowo zmierzyć temperaturę np. materiałów hutniczych walcowanych na gorąco? Jedynym urządzeniem minimalizującym wpływ zmian e na wynik pomiaru jest pirometr radiacyjny mierzący na krótkich długościach fali, dane do obliczeń powyżej zostały wzięte z tego procesu technologicznego.

Czy zrezygnować z pirometrów dwubarwowych? Nie, ale tylko do specyficznych zastosowań. Należy zrezygnować z tego typu pirometrów przenośnych szczególnie oferowanych przez producentów „zapominających" o możliwości regulacji współczynnika nieszarości R. Poważni producenci aparatury do bezstykowego pomiaru temperatur produkują tego typu (dosyć kosztowne - przecież są to dwa pirometry w jednym) urządzenia wyłącznie jako stacjonarne. Pomiar w jednym węźle technologicznym umożliwia określenie średniego współczynnika R. Wykorzystywana jest niewątpliwa zaleta pirometrów dwubarwowych - praktycznie wystarczy by w polu widzenia znalazło się 5% powierzchni mierzonej aby pirometr zmierzył jej temperaturę. Typowym przykładem bardzo dobrej aplikacji pirometru dwubarwowego - stacjonarnego jest pomiar temperatury klinkieru w strefie płomieniowej obrotowego pieca cementowego.

barwy_8

Pomiar temperatury w tej strefie jest kluczowym elementem wpływającym na jakość cementu, ekonomikę produkcji długowieczność urządzeń technologicznych (piec obrotowy cementowy!). Praktycznie zastosowano pirometr dwubarwowy stacjonarny LAND System 3 typu RP11 z procesorem Landmark X sterującym palnikiem. Przesypujący się klinkier oraz pył ma minimalny wpływ na wyniki pomiarów mimo zmiennego przysłaniania powierzchni pomiarowej. Pomiary tego typu urządzeniami są stosowane w procesach technologicznych produkcji cementu obydwoma metodami: suchej i mokrej.

 

 
Dane do wydruku
 
   

 

truck

Profesjonalne doradztwo

truck

Sprzedaż wysyłkowa

truck

Atrakcyjne ceny

Przelicznik temperatur

Celsius:

Fahrenheit:

Kelvin:  

Thermo Pomiar
ul. Podhalańska 18/28
40-215 Katowice

kom. 605 97 78 78
tel. 91-880 88 80
tel. 32-444 90 90

fax 91-880 80 89
fax 32-444 90 91

info@thermopomiar.com
SKYPE: thermo_pomiar

godziny pracy:
poniedziałek - piątek od 9:00 do 17:00