Problemas a nivel industrial en la mediciónProblemas a ... · La elección de pirómetros de banda...

Problemas a nivel industrial en la mediciónProblemas a nivel industrial en la medición de temperatura usando pirómetros

D S úl J i L Al dDr. Saúl Javier Luyo Alvarado, CENAM, [email protected]

CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009

INDICE

1.INTRODUCCION

2. PRINCIPIOS FISICOS

3 PROBLEMAS TAMAÑO DE FUENTE DISTANCIA EMISIVIDAD3. PROBLEMAS : TAMAÑO DE FUENTE, DISTANCIA, EMISIVIDAD

4. DISCUSION

4. RECOMENDACIONES


INTRODUCCION

La temperatura es una de las magnitudes de medición de mayor impactop g y pen la calidad de una variedad amplia de productos.

La confiabilidad metrológica de los pirómetros tiene una importancia muyalta en procesos productivos industriales

Un gran sector industrial nacional realiza mediciones de temperatura cont ó t d di ió I t l li d d t t dtermómetros de radiación. Intervalo amplio: desde temperaturas derefrigeración, algunos grados por debajo de 0 ºC, hasta temperaturascercanas a 2000°C.


Termometría

alimentos congelados vidrio acero almacenaje criogénico alimentos procesados semiconductores crio-ingeniería ambiental metal-mecánica refractarios

biomédica petroquímica combustión

-270ºC -195ºC 0ºC 157ºC 420ºC 962ºC 1200ºC

superconductividad papel plásticos cerámicos

Líquido en Vidrio

Termopares

Pirometría

Resistencia de Platino

Ar Hg H 2O Ga In Sn Zn Al AgPuntos Fijos


industria de vidrio


EIT-90

Para temperaturas > 962°C (punto de solidificación de Ag)Para temperaturas > 962 C (punto de solidificación de Ag)

medición de T a través ley de Planck

Puntos fijos de plata 962°C , Oro 1064°C, y cobre 1085°C

T > 1100°C, transferencia a lámparas tungsteno filamento de cintaT 1100 C, transferencia a lámparas tungsteno filamento de cinta

Para temperaturas < 962°C

calibración termómetros de radiación (TR) con cavidades de cuerpos negros,cuya T se mide con un termómetro de resistencia de platino patrón (TRP) o, paraobtener una mejor exactitud se pueden usar cuerpos negros con puntos dej p p g psolidificación de Al( 660°C), Zn(420°C) y Sn (232C).


PRINCIPIOS FISICOS

Un objeto a una temperatura T > 0 emite radiación electromagnéticaUn objeto a una temperatura T 0 emite radiación electromagnéticaCuerpo negro, superficie ideal, absorbe toda radiación incidente

Ley de Planck:


PRINCIPIOS FISICOS

lente

Distancia focal


PRINCIPIOS FISICOS

Distancia objeto Distancia imagen

Lente Distancia imagen

Distancia focal f

imagen

Distancia focal f

Ecuación lentes delgadas :

..\videos-enme2009\Practica 1a.wmv


Tamaño de la fuente y campo visual , FOV

Aperturadetector

f

fuente

D

f

θ rr

d


PRINCIPIOS FISICOS

Emisividad

Definición:


3. Problemas

Efecto tamaño de fuente:Fuentes de igual temperatura, pero diferentes tamaños se ven a

temperaturas aparentemente “diferentes”

Origen :

Interacción de radiación con aperturas, superficies lentes , partículas en el medio :

a) difracción

b) reflexiones y aberraciones sistema óptico

) di i ( t i )c) dispersion (scaterring) \videos-enme2009\practica 11 nov_0001.wmv.\videos-enme2009\practica 11 nov_0002.wmv


Efecto de distancia (ED) ( )

Cambio en la señal de salida del termómetro de radiación debido al cambioCambio en la señal de salida del termómetro de radiación debido al cambio

en la distancia entre el termómetro y la fuente

Origen:

Absorción atmosférica

Alineamiento, focalización sistema óptico


.

Emisividad

La radiación emitida por una superficie depende de su emisividad y de suLa radiación emitida por una superficie depende de su emisividad y de su

temperatura

..\videos-enme2009\practica (temperatura corporal) 11 nov.wmv

.


DISCUSION

Corrección por emisividad para una longitud de onda λ

Por conservación de energía:

usando ley de Wien :

Tenemos que:

Reemplazando datos: λ= 10 µm, ε= 0.95 ,

.

T = 37. 4 °C


Efectos de variaciones de emisividad

Pirómetro monocromático lineal

Usando ley de Planck :

Derivando :

.


dλ


1.00 RADIADOR PLANO COMERCIAL, EMISIVIDAD NOMINAL 0.95

0.95

0.90sivi

dad

Em

is

0.85

T= 500°C

5 10 15 20 250.80

Longitud de onda (10-6 m)


g ( )

Infrared Spectral Emissiviy Chacterization at NIST,Hanssen et al.,


,Thermosense XXVI, 2004.

REFLECTANCIA MODULADA


1 0

(d) acero oxidado termicamenteT = 23 °C

0 8

0.9

1.0(c)

(d)

grafito

acero oxidado termicamente

.

0.6

0.7

0.8VI

DAD

(b) lamina oxidada

0.4

0.5

EMIS

I V

0.2

0.3 (a) aluminio oxidado

650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000.1

LONGITUD DE ONDA (nm)


discusion

0,99

1,00de

la

400,25 °C

0 97

0,98

el ta

mañ

o fu

ente 500,25 °C

600 25 °C

0 95

0,96

0,97

Efe

cto

def 600,25 °C

699,75 °C

. 0,9510 20 30 40 50 60

Diámetro de la abertura del diafragma / mm

E

(Ing. Hugo Rodríguez)


discusion

C

10

-50

el IB

C /

°C50,2°C

125 1°C

-20-15-10

edic

ión

de 125,1°C

199,1°C

225,1°C

-35-30

-25

ror d

e m

e ,

300,0°C

400,1°C. 35

0 10 20 30 40 50 60 70

Distancia a la abertura de la fuente / cm

Err

(H. Rodríguez, E. Méndez, Tempmeko-2007)


2

-2

0

2

l IB

C /

°C

50.2°C100.2°C150.1°C200 0°C

-6

-4

med

iciò

n de

l 200.0 C250.0°C299.9°C349.9°C

12

-10

-8

Erro

r de

m 400.0°C450.1°C500.2°C550 4°C. -12

40 60 80 100 120

Distancia a la abertura de la fuente / cm

550.4 C

(H. Rodríguez, E. Méndez, Tempmeko-2007)


Recomendaciones

La medición de temperatura con pirómetros es afectada por la emisividadLa medición de temperatura con pirómetros es afectada por la emisividad

de la superficie del objeto. Es necesario investigar , realizar una

estimación adecuada, el problema es critico en metalesestimación adecuada, el problema es critico en metales

El cuando usar termómetros de radiación depende de la “fisica” de los p

procesos térmicos involucrados

La elección de pirómetros de banda angosta o ancha, depende de las

propiedades de los materiales y procesos en línea, ejemplos: acero,

aluminio, vidrio, plásticos


Recomendaciones

Verificar siempre que el área de la superficie a medir sea dos veces el

área del spotárea del spot

..\


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