műszaki diagnosztika hŐsugÁrzÁs

2005.

Műszaki diagnosztikaHŐSUGÁRZÁS

Dr. Kiss László

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


A diagnosztika definíciója


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


A diagnosztika célja


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


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


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


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


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


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


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


Hősugárzás

Az elektromágneses hullámok spektruma:

A 0,4-40 µm hullámhosszúság közötti sugarakat hősugaraknak

nevezzük.

13


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


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


12

51

0

T

c

e

cE

Az összefüggésben λ a hullámhosszúság, T a test abszolút hőmérséklete, c1 , c2 állandó

18


Planck-törvény

A Planck-törvény grafikusan

19


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


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


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


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


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


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.

25


A levegő spektrális átviteli tényezője:

26


Anyag Hőmérséklet ºC

ε

Acél, fényes 100 0,08

Acél, oxidált 200 0,79

Alumínium, fényes 25 0,022



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


Szén, fényes 25 0,081



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

28


Hőkamera

mérés közben

29


Transzfor-mátor hőfényképe és

fényképe

30


Hőfénykép

hőfokelosz-

lásokkal és

adattáblá-zattal

műszaki diagnosztika hŐsugÁrzÁs

Documents