Műszaki diagnosztika HŐSUGÁRZÁS

1. Műszaki diagnosztikaHŐSUGÁRZÁS Dr. Kiss László 2005.

2. Műszaki diagnosztika Bevezetés A diagnosztika definíciója Dyagnosis görög szó DIAGNOSZTIKA = JELENTÉSE megkülönböztető felismerés, valamely folyamat elindító okának biztos felismerése

3. Műszaki diagnosztika Bevezetés A diagnosztika definíciója Definíció: A műszaki diagnosztika műszeres méréstechnikai vizsgálatok összessége, amellyel az adott szerkezet műszaki állapota, annaklényeges megbontása nélkül feltárható.

4. Műszaki diagnosztika Bevezetés A diagnosztika célja 1. A szerkezet műszaki-üzemi állapotának értékelése [HELYZETELEMZÉS] 1.1. A jellemzők megengedett határértéken belüli megváltozásának mezőjében történő értékelés.

5. A műszaki diagnosztika egyik segédeszköze a hősugárzás (hőmérséklet) vizsgálata. 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.

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 meghibásodások – már a kezdeti stádiumban is – megnövekedett hőfejlődéssel járnak. Vonatkozik ez a villamos rendszerekre éppúgy, mint a mechanikus gépekre, berendezésekre. A műszaki diagnosztika egyik segédeszköze a hősugárzás (hőmérséklet) vizsgálata

9. Az elektromágneses hullámokat különböző jelenségek, 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

10. 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. Sugárzás esetén az energia elektromágneses rezgések útján terjed. 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

12. Az elektromágneses hullámok spektruma: Hősugárzás 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. A 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. 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 = Q0Az 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. Az összefüggésben λ a hullámhosszúság, T a test abszolút hőmérséklete, c1 , c2 állandó

18. Planck-törvény A Planck-törvény grafikusan

19. A Wien-törvény a Planck-törvény egyszerűsítése. Wien-törvény Azok a hullámhosszak, amelyeknél a kisugárzott energia: E0 maximális értéket ér el, növekvő hőmérséklettel egyre kisebb hullámhosszak: λ értékek felé tolódnak el. 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: Az integrálás eredményeként kapjuk, hogy:

21. Stefan-Boltzmann-törvény 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.

22. A test emisszióképessége és abszorpcióképessége (elnyelőképessége) között állapít meg összefüggést. Kirchhoff-törvény E, A és T sugárzási jellemzőkkel bíró szürke test, valamint E0, A0=1 és T0 sugárzási jellemzőkkel rendelkező fekete test. Az emisszióképesség és abszorpcióképesség viszonya minden testnél ugyanakkora, és egyenlő az abszolút fekete test ugyanahhoz a hőmérséklethez tartozó emisszióképességével

23. A Stefan-Boltzmann-törvény azt az energiamennyiséget határozza meg, amelyet a test minden irányban kisugároz. Lambert-törvény Egy dF felületelemről minden irányban, egyenlő térszög alatt kisugárzott energia arányos a felületelem normálisa és a sugárzás iránya által bezárt φ szög cosinusával:

24. 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. A hősugárzás- mérés gyakorlata

25. A levegő spektrális átviteli tényezője:

28. Hőkamera mérés közben

29. Transzfor-mátor hőfényképe és fényképe

30. Hőfénykép hőfokelosz-lásokkal és adattáblá-zattal