műszaki diagnosztika hŐsugÁrzÁs
DESCRIPTION
Műszaki diagnosztika HŐSUGÁRZÁS. Dr. Kiss László. Műszaki diagnosztika. Bevezetés. A diagnosztika definíciója. Dyagnosis görög szó. DIAGNOSZTIKA =. JELENTÉSE. megkülönböztető felismerés, valamely folyamat elindító okának biztos felismerése. Műszaki diagnosztika. Bevezetés. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
2
SzéchenyiIstvánEgyetem
A diagnosztika definíciója
Műszaki diagnosztika
Bevezetés
DIAGNOSZTIKA DIAGNOSZTIKA =DyagnosisDyagnosis
görög szógörög szó
JELENTÉSEJELENTÉSE
megkülönböztető felismerés, megkülönböztető felismerés,
valamely folyamat valamely folyamat
elindító okánakelindító okának biztos felismerése biztos felismerése
3
SzéchenyiIstvánEgyetem
A diagnosztika definíciója
Műszaki diagnosztika
Bevezetés
Definíció:Definíció:
A műszaki diagnosztika A műszaki diagnosztika műszeres műszeres méréstechnikaiméréstechnikai vizsgálatok összessége, vizsgálatok összessége, amellyel az adott szerkezet műszaki amellyel az adott szerkezet műszaki állapota, állapota, annakannak lényeges megbontása lényeges megbontása nélkülnélkül feltárható. feltárható.
4
SzéchenyiIstvánEgyetem
A diagnosztika célja
Műszaki diagnosztika
Bevezetés
1. A szerkezet műszaki-üzemi állapotának 1. A szerkezet műszaki-üzemi állapotának értékelése [HELYZETELEMZÉS]értékelése [HELYZETELEMZÉS]
1.1. A jellemzők megengedett határértéken 1.1. A jellemzők megengedett határértéken belüli megváltozásának mezőjében történő belüli megváltozásának mezőjében történő értékelés.értékelés.
5
SzéchenyiIstvánEgyetem
Az eljárás alapja, hogy a meghibásodások – már a kezdeti stádiumban is – megnövekedett
hőfejlődéssel járnak. Vonatkozik ez a villamos rendszerekre éppúgy, mint a
mechanikus gépekre, berendezésekre. A villamos csatlakozók, vezetékkapcsolatok
hibája a megnövekedett átmeneti ellenállás, ami helyi felmelegedést okoz. A mechanikai rendszerekben a súrlódás növekedése idézi
elő a hőfejlődés fokozódását.
A műszaki diagnosztika egyik segédeszköze a hősugárzás
(hőmérséklet) vizsgálata.
6
SzéchenyiIstvánEgyetem
A hősugárzás mérésén alapuló diagnosztika nagy előnye, hogy a vizsgálat érintkezés nélkül, a berendezés normál üzeme közben történhet. Feltétel azonban, hogy a vizsgálandó rész látható legyen, azaz az általa kibocsátott sugárzás mérhető, értékelhető legyen
7
SzéchenyiIstvánEgyetem
Számos esetben a felület hőmérsékletét kell meghatározni. A hőmérséklet-mérés nagy gyakorlatot igényel, mert a hősugárzás és a hőmérséklet viszonyát számtalan tényező befolyásolja:
sugárzási együttható, visszavert sugárzás, a sugárzó és a vizsgáló
berendezés közti közeg hőátbocsátása, stb.
8
SzéchenyiIstvánEgyetem
Termovízió
A műszaki diagnosztika
egyik segédeszköze a hősugárzás (hőmérséklet) vizsgálata
A meghibásodások
– már a kezdeti stádiumban is –
megnövekedett hőfejlődéssel járnak.
Vonatkozik ez a villamos rendszerekre éppúgy,
mint a mechanikus gépekre, berendezésekre.
9
SzéchenyiIstvánEgyetem
mint például változó elektromos vagy mágneses terek, mozgó töltéshordozók, az
elektronhéjak és az atommagok szerkezetében végbemenő változások hozzák
létre. A testek részecskéinek hőrezgése szintén elektromágneses hullámokat gerjeszt,
melyek frekvenciája, nem túl magas hőmérsékleten, a 6 GHz- 3 THz tartományba
esik. Ezek a hullámok a látható fény spektrumán kívül, a vörös szín „alatt”
találhatók, és ezért infravörös fénynek vagy hullámnak nevezik őket
Az elektromágneses hullámokat különböző jelenségek,
10
SzéchenyiIstvánEgyetem A kibocsátott elektromágneses
hullámok frekvenciája a hőmérséklet növekedésével emelkedik: a melegített test először vörösen kezd izzani,
majd az általa kibocsátott fény egyre fehérebb lesz, mutatván, hogy nagyobb frekvenciájú, a látható fény tartományába eső komponensek is megjelentek.
11
SzéchenyiIstvánEgyetem
Ezeket a rezgéseket hullámhosszúságuk alapján különféle sugaraknak - röntgensugarak, ibolyán-
túli sugarak stb. – nevezték el. A hőmérséklet-mérés szempontjából legfontosabbak azok a
sugarak, amelyeket a testek elnyelnek és ame-lyek elnyelésekor a sugarak által átvitt sugárzó
energia ismét hőenergiává alakul át. Ilyen tulajdonságokkal elsősorban látható fénysugarak (0,4-0,7 µ-ig) és az infravörös sugarak (0,7-40 µ-
ig) rendelkeznek. Magát a folyamatot hősugárzásnak, vagy emissziónak, a 0,4-0,7 µ
hullámhosszúság közötti sugarakat pedig hősugaraknak nevezik
Sugárzás esetén az energia elektromágneses rezgések útján terjed.
12
SzéchenyiIstvánEgyetem
Hősugárzás
Az elektromágneses hullámok spektruma:
A 0,4-40 µm hullámhosszúság közötti sugarakat hősugaraknak
nevezzük.
13
SzéchenyiIstvánEgyetem
A hősugárzás elektromágneses hullámai - bármely más
természetű hullámhoz hasonlóan – visszaverődhetnek, megtörhetnek,
szóródhatnak. A sugárzó test a környezetében levő testek sugárzásának egy részét
abszorbeálja, egy más részét visszaveri. Hőáramát a kibocsátott
(emittált) és az elnyelt (abszorbeált) energiaáram
különbségeként írhatjuk fel. Φ = Φe - Φa
14
SzéchenyiIstvánEgyetemA sugárzó energia egységének azt az
energiamennyiséget választották, amely egyenlő 1 Joule-val. A test által az
időegység alatt kisugárzott Q energiát Joule/s-ban vagy wattban fejezik ki. A felületegység által az időegység alatt
kisugárzott energiamennyiséget a test sugárzóképességének vagy
emisszióképességének nevezik, s rendszerint E-vel jelölik:
E=Q/F Joule/m2,s.
15
SzéchenyiIstvánEgyetem Legyen a testre eső teljes
sugárzó energiamennyiség Q0. Ebből a test QA mennyiséget elnyel, QR visszaverődik, QD
áthalad a testen. Felírható tehát, hogy
QA + QR + QD = Q0
Az egyenlőség mindkét oldalát Q0 -val osztva:A+R+D=1
16
SzéchenyiIstvánEgyetem
Az E emisszióképességen azt az energiamennyiséget értjük,
amelyet a test felületegysége az időegység alatt a λ=0-tól λ=∞-ig terjedő minden hullámhosszon
kisugároz. Ezen az energiamennyiségen kívül igen fontos azonban azt is ismerni,
hogy különböző hőmérsékleteken hogyan oszlik meg a kisugárzott
energia az egyes hullámhosszúságok
függvényében, vagyis fontos az
17
SzéchenyiIstvánEgyetem
12
51
0
T
c
e
cE
Az összefüggésben λ a hullámhosszúság, T a test abszolút hőmérséklete, c1 , c2 állandó
19
SzéchenyiIstvánEgyetem
Wien-törvény
A Wien-törvény a Planck-törvény egyszerűsítése.
Azok a hullámhosszak, amelyeknél a kisugárzott
energia: E0 maximális értéket ér el, növekvő hőmérséklettel egyre kisebb hullámhosszak: λ értékek
felé tolódnak el. ,max0
constTE
vagyis az intenzitás-maximumokhoz tartozó hullámhosszak és a megfelelő abszolút
hőmérsékletek szorzata állandó.
20
SzéchenyiIstvánEgyetem
Az abszolút fekete test 1 m2 felülete által óránként kisugárzott teljes energiamennyiség értéke:
0 (5
1
0
00
12T
c
e
dcdEE
Az integrálás eredményeként kapjuk, hogy:
400 TCE
21
SzéchenyiIstvánEgyetem
Stefan-Boltzma
nn-törvény
2
44
0 1001068,5
cm
WTE
A törvény értelmében a sugárzás energiája arányos a sugárzó test
abszolút hőmérsékletének negyedik hatványával.A Stefan-Boltzmann-törvény szürke testekre:
A σ sugárzási együttható értéke mindig kisebb a fekete testénél. Értéke 0-4,90 között változhat, azt a test minősége, felületének állapota és hőmérséklete
határozza meg.
4
100
T
E
22
SzéchenyiIstvánEgyetem
Kirchhoff-
törvény
A test emisszióképessége és abszorpcióképessége (elnyelőképessége)
között állapít meg összefüggést.E, A és T sugárzási jellemzőkkel bíró szürke test, valamint E0, A0=1 és T0 sugárzási jellemzőkkel rendelkező
fekete test.00 , E
A
EvagyAEE
Az emisszióképesség és abszorpcióképesség viszonya minden testnél ugyanakkora, és egyenlő az abszolút fekete test ugyanahhoz a
hőmérséklethez tartozó emisszióképességével
23
SzéchenyiIstvánEgyetem
Lambert-törvény
A Stefan-Boltzmann-törvény azt az energiamennyiséget határozza meg,
amelyet a test minden irányban kisugároz.
Egy dF felületelemről minden irányban, egyenlő térszög alatt kisugárzott
energia arányos a felületelem normálisa és a sugárzás iránya által bezárt φ szög
cosinusával:
cosnEE
24
SzéchenyiIstvánEgyetem
A hősugárz
ás-mérés
gyakorlata
A hősugárzás mérése ill. az ilyen módon történő hőmérsékletmérés pontosságát alapvetően az alábbi tényezők befolyásolják:
- - a mérendő tárgyról visszaverődő (esetleg azon átbocsátott hősugarak)- - a mérendő tárgy emissziós tényezője, - - a mérendő tárgy és a mérőeszköz közötti közeg tulajdonságai - - a mérőeszköz rendszere.
26
SzéchenyiIstvánEgyetem
Anyag Hőmérséklet ºC
ε
Acél, fényes 100 0,08
Acél, oxidált 200 0,79
Alumínium, fényes 25 0,022
Alumínium, fényes 100 0,028
Alumínium, fényes 500 0,60
Arany, fényes 100 0,02
Ezüst, fényes 100 0,02
Horgany, fényes 300 0,05
Korund 1200…1300 0,46
Magnezit-tégla 1200-1300 0,39…0,51
Ólom,fényes 100 0,05
Ólom, oxidált 200 0,63
Samott 1000 0,75
Sárgaréz, fényes 25 0,035
Sárgaréz, oxidált 200 0,61
27
SzéchenyiIstvánEgyetem
Szén, fényes 25 0,081
Szén, fényes 100 0,081
Szén, fényes 500 0,079
Tantál, fényes 1500 0,21
Vas, lemez, fényes 100 0,74
Vas, lemez, oxidált 100 0,74
Vas, lemez, oxidált 1200 0,89
Vas, lemez, öntött, erősen oxidált
40 0,95
Vas, lemez, rozsdás 25 0,65
Vas, lemez, kovácsolt, futtatott
25 0,94
Réz, fényes 100 0,02
Réz, oxidált 200 0,6
Réz, hőkezelt 100 0,26
Wolfram, fényes 25 0,024