Opracowanie
1.Ziemskie energie pierwotne i użyteczne, energia elektromagnetyczna
Można wyróżnić energie:
- odnawialne, które są energiami pozaziemskimi, dostarczonymi do Ziemi w sposób ciągły,
- nieodnawialne, zakumulowane na Ziemi.
Do najważniejszych energii nieodnawialnych oprócz energii: ruchu obrotowego Ziemi (prądy morskie), ziemskiej energii
grawitacyjnej i energii cieplnej zakumulowanej w Ziemi, należą:
- energia wiązań chemicznych – zawarta w kopalnych paliwach organicznych (węgle, torf, gaz ziemny),
- energia jądrowa zawarta w atomach głównie takich pierwiastków jak :
235
uran,
238
uran i tor.
Źródłem wszystkich postaci energii odnawialnych jest Słońce i w minimalnej ilości Księżyc. Zalicza się tu:
- energie grawitacyjne Słońca i Księżyca (pływy morskie),
- energię elektromagnetyczną temperaturowego (głównie) promieniowania elektromagnetycznego Słońca.
Energia ta jest źródłem energii chemicznej tworzonej biomasy (ok. 0,03%) i energii mechanicznej.
Słońce to olbrzymi reaktor termojądrowy. Zgodnie z wzorem Plancka 99% mocy promieniowania termicznego Słońca wysyłane
jest w zakresie długości fal elektromagnetycznych od 280 [nm] do 5000 [nm], a więc w zakresie promieniowań: nadfioletowego,
widzialnego i podczerwonego. Maksimum promieniowania, zgodnie z prawem przesunięciowym Wiena, przypada na długość fali 560
[nm].
Do Ziemi (kula ziemska wraz z atmosferą) dociera ze Słońca moc promienista
P
z
=1,8⋅10
14
[kW]
(
q
z
=P
z
/S
z
=1,4
[kW/m
2
]), a do kuli ziemskiej (powierzchnia Ziemi):
P
kz
=1,2⋅10
14
[kW] (
q
kz
=P
kz
/S
kz
=1
[kW/m
2
]).
Ziemia wysyła w kosmos moc
P
z
=1,8⋅10
14
[kW] w zakresie długofalowego promieniowania optycznego.
Ziemskie energie pierwotne docierające do odbiorników nazywa się energiami bezpośrednimi. W odbiornikach energie
bezpośrednie przetwarzane są na energie użyteczne.
Wśród energii użytecznych zużywanych bezpośrednio przez ludzi wyróżniamy:
- energię mechaniczną,
- energię chemiczną,
- energię cieplną,
- energię świetlną.
2. Bilans mocowy Ziemi, elektromagnetyczny kanał przepływu energii.
Obecne zapotrzebowanie świata na moc pierwotną (P
p
) i moc bezpośrednią (P
B
) wynosi:
P
p
=1,4⋅10
10
[kW],
P
B
=1,0⋅10
9
[kW].
(moc elektrowni:
P
E
=1,7⋅10
9
[kW])
3. Elektrotermia, Technika Świetlna i ich miejsce w elektrotechnice.
Elektrotechnika jest działem wiedzy zajmującej się zastosowaniem zjawisk elektrycznych i magnetycznych do celów praktycznych.
Elektrotechnika traktuje o sposobach i urządzeniach służących:
- wytwarzaniu energii elektrycznej (energii elektromagnetycznej o częstotliwości 50/60Hz i 0Hz) z ziemskich energii pierwotnych,
- jej przesyłaniu i amplitudowo – częstotliwościowym przemienianiu oraz przetwarzaniu na energie użyteczne,
- jej przemienianiu na analogowe lub cyfrowe sygnały elektromagnetyczne.
Zaletami energii elektrycznej (elektromagnetycznej 50/60Hz) są:
- duża gęstość,
- łatwość transportu na duże odległości i dystrybucji do poszczególnych odbiorników,
- łatwość jej amplitudowo – częstotliwościowego przemieniania,
- duża szybkość załączania i wyłączania odbiorników i ich sterowania,
- mała szkodliwość dla środowiska naturalnego.
Wady energii elektrycznej:
- brak możliwości magazynowania, co stwarza konieczność jej wytwarzania i przesyłania w sposób ciągły i to w odpowiednich
ilościach do zmiennego na nią zapotrzebowania,
- niska sprawność jej wytwarzania z paliw chemicznych i nuklearnych.
Formy energii pierwotnej przydatne do masowego wytwarzania energii elektrycznej:
- energia nuklearna
- energia chemiczna paliw kopalnych
- energia wód i wiatrów
4. Zakres widma fal elektromagnetycznych stosowanych w elektrotechnice.
A - fale częstotliwości akustycznych; B - fale radiowe; C - mikrofale; D - promieniowanie podczerwone; E - promieniowanie
widzialne; F - promieniowanie ultrafioletowe;
G - promieniowanie rentgenowskie; H - promieniowanie gamma i kosmiczne
1 - urządzenia prądu stałego: oporowe, elektrodowe, łukowe, plazmowe, jonowe, elektronowe, 2 - urządzenia częstotliwości
sieciowej: oporowe, elektrodowe, łukowe, plazmowe, indukcyjne, 3 - urządzenia indukcyjne małej i średniej częstotliwości, 4 -
urządzenia ultradźwiękowe, 5 - urządzenia indukcyjne i płazmowe wielkiej częstotliwości, 6 - urządzenia pojemnościowe i
plazmowe, 7 - urządzenia mikrofalowe i plazmowe, 8 - urządzenia fotonowe oraz urządzenia: oporowe, łukowe, plazmowe i
jonowe o pośrednim i radiacyjnym sposobie nagrzewania wsadów.
5. Elektryczne straty cieplne a elektryczna generacja ciepła użytecznego.
Rozpływ energii w torze elektromagnetycznym urządzeń elektrycznych:
A
1
- całkowita energia ( mechaniczna, chemiczna, elektryczna) na wejściu toru elektromagnetycznego urządzenia,
A
2
- energia elektromagnetyczna występująca poza głównym torem przepływu energii, pobierana (tracona) przez urządzenie na
zasilanie układów niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania urządzenia, np. układów: regulacyjnych, sygnalizacyjnych,
sterujących, chłodzących, itp.
A
3
- energia elektromagnetyczna występująca w głównym torze przepływu energii przez urządzenie elektryczne,
A
4
- część energii elektromagnetycznej głównego toru elektromagnetycznego urządzenia, która jest bezpowrotnie i w sposób
nieunikniony tracona,
A
4
'
- monochromatyczna energia elektromagnetyczna wypromieniowywana poza urządzenie elektryczne, zakłócająca pracę innych
urządzeń lub bytowanie organizmów żywych,
A
4
''
- energia strat cieplnych generowana w urządzeniu elektrycznym do otoczenia na różnych drogach termokinetycznych,
A
5
- energia elektromagnetyczna na wyjściu toru elektromagnetycznego.
Każde urządzenie elektryczne o zaprojektowanej konstrukcji musi być tak zbilansowane cieplnie, aby – przy danych warunkach
oddawania mocy cieplnej i przy obciążeniu go w założonym czasie daną mocą elektromagnetyczną – nie została przekroczona
temperatura dopuszczalna jego najbardziej cieplnie zagrożonych części (punktów). Przez temperaturę dopuszczalną rozumie się
wartość temperatury, powyżej której dana część urządzenia może ulec przyspieszonej lub gwałtownej degradacji i przestać spełniać
swoją elektromagnetyczną, mechaniczną, cieplną, chemiczną czy świetlną funkcję.
6.Elektrotermia i jej podział. Przetwornik elektrotermiczny i wsad.
Elektrotermia jest działem wiedzy zajmującym się przemianami energii elektrycznej ( energii elektromagnetycznej wytwarzanej
metodami przemysłowymi w elektrowniach) na energię cieplną użytkową (użyteczną), urządzeniami do wywoływania tych przemian i
ich zastosowaniami technicznymi.
Podział elektrotermii:
- przemysłowa – obejmuje zagadnienia związane z przemysłowymi obróbkami cieplnymi, cieplno-chemicznymi i cieplno-fizycznymi
różnych materiałów i wyrobów produkcyjnych,
- bytowa – związana jest z elektrycznymi urządzeniami i przyrządami grzejnymi powszechnego użytku.
Ranga niezwykle rozbudowanej elektrotermii przemysłowej jest o wiele wyższa niż elektrotermii bytowej, zredukowanej do
dwóch (oporowa pośrednia i mikrofalowa) z 11 metod elektrotermicznych.
Każde ciało stanowiące obiekt zastosowania przemian elektrotermicznych przyjęło się określać jako wsad. Każde ciało, w
którym następuje przemiana elektrotermiczna nazywane jest przetwornikiem elektrotermicznym. Wsad nie zawsze jest
przetwornikiem elektrotermicznym, podobnie jak przetwornik elektrotermiczny nie zawsze jest wsadem.
7. Ciepło w technice. Płomieniowy a elektrotermiczny sposób wytwarzania ciepła.
Energia cieplna jest niezbędna do:
- przeprowadzania większości ważniejszych procesów technologicznych w wytwórczej działalności człowieka,
- zapewnienia komfortu cieplnego organizmom żywym, a w tym głównie człowiekowi.
Człowiek przez długi okres swojego istnienia zadowalał się jedynie wykorzystaniem tej energii cieplnej ( a w tym świetlnej),
której źródłem było temperaturowe (elektromagnetyczne) promieniowanie Słońca. W pewnym okresie swojej historii gęstości energii
cieplnej pochodzącej bezpośrednio ze Słońca okazały się dla człowieka niewystarczające, a jej naturalne fluktuacje dobowe czy
roczne – niezadowalające. Człowiek zaprzągł do otrzymywania energii (cieplnej i świetlnej) ziemskie energie pierwotne zawarte w
paliwach chemicznych odnawialnych (biomasa) i nieodnawialnych (kopalnych).
Pozyskanie paliw chemicznych, ich transport i bezpośrednie spalanie w wybranym miejscu w celu generacji ciepła (służącego
ogrzewaniu lub procesom technologicznym), nazywane jest płomieniowym (paliwowym) sposobem wytwarzania ciepła. Ten sposób
wytwarzania ciepła trwa od początku historii człowieka do chwili obecnej, a aż do końca XIX wieku był sposobem jedynym.
Około 100 lat temu, gdy człowiek nauczył się produkować na skalę masową ( z ziemskich energii pierwotnych) energie
elektryczną ( elektromagnetyczną), pojawił się elektrotermiczny sposób wytwarzania ciepła. Sposób ten obejmuje wytworzenie
energii elektrycznej z (różnych) ziemskich energii pierwotnych, przesyłanie jej do określonych miejsc i jej zamianę na energię
cieplną.
Dwa ww. sposoby wytwarzania ciepła użytecznego konkurują ze sobą, a sposób elektrotermiczny w dużej części zastąpił sposób
płomieniowy. W niektórych (nowszych) procesach technologicznych sposób elektrotermiczny stał się sposobem jedynym i
niezastąpionym.
Dlatego też w przemysłach krajów wysoko rozwiniętych około
30÷50
( i więcej) produkowanej energii zużywane jest na
przemiany elektrotermiczne, służące generacji ciepła użytecznego. Porównanie celowości wprowadzenia do powszechnego użytku
elektrotermicznych metod nagrzewania w miejsce metod płomieniowych wymaga wzięcia pod uwagę wielu kryteriów (np. ceny
surowców, sprawności przemian, koszty inwestycyjne, jakość produktu, wydajność, automatyzacja procesów, ochrona środowiska,
itp.).
Motorem stymulującym rozwój elektrotermicznych metod nagrzewania była (i jest) przed wszystkim potrzeba przeprowadzania
pewnych (nowoczesnych) procesów technologicznych, niemożliwych do zrealizowania przy wykorzystaniu płomieniowych metod
nagrzewania. Do takich procesów należą np. te, w których występuje koniczność (potrzeba):
- nagrzewania objętościowego,
- przeprowadzania odpowiednich nagrzewań selektywnych,
- stosowania dużych gęstości mocy cieplnych,
- uzyskiwanie wysokich wartości temperatur (do około 20000K),
- skupianie mocy w bardzo małej objętości lub na bardzo malej powierzchni (mikro- lub nanometry kwadratowe),
- nagrzewania w próżni,
- nagrzewania bez wprowadzania chemicznych zanieczyszczeń lub ze ściśle kontrolowaną dyfuzją pierwiastków.
Maksymalne gęstości powierzchniowe mocy uzyskiwane z różnych źródeł:
Źródło energii cieplnej
Gęstość powierzchniowa mocy q [W/cm
2
]
Promieniowanie słoneczne na powierzchni kuli ziemskiej
0,1
Promieniowanie słoneczne skupione soczewką
10
2
Acetylenowo-tlenowy palnik spawalniczy
10
4
Nagrzewnica indukcyjna powierzchniowa
2⋅10
4
Łuk elektryczny
10
5
Plazmotron
5⋅10
5
Laser o pracy ciągłej
10
8
Wiązka skupionych elektronów
10
9
Laser w pracy impulsowej
10
15
Metody płomieniowe, w porównaniu z metodami elektrotermicznymi, charakteryzują się zwykle mniejszymi kosztami
wytwarzania ciepła. Dlatego też będą w dalszym ciągu i w dużej skali wykorzystywane do:
- nagrzewań „rozproszonych” (np. ogrzewanie pomieszczeń),
- nagrzewań bez specjalnych wymagań technologicznych co do chemicznej „czystości’ energii cieplnej, jej dawkowania lub
intensywności nagrzewania, pod warunkiem wykorzystania paliw o mało toksycznych produktach spalania.
8.. Podziały stosowane w elektrotermii. Kryteria: a) metody elektrotermicznej, b) konstrukcji urządzenia,
c) rodzaju energii docierającej do wsadu, d) drogi termo kinetycznej nagrzewania pośredniego, e)
rozkładu gęstości objętościowej mocy.f) końcowego rozkładu temperatury we wsadzie, g) częstotliwości
pola elektromagnetycznego, h) technologii g) kinetyki i środowiska wsadu.
Przedmiotem zainteresowań Elektrotermii jest zamian energii elektromagnetycznej na energię cieplną użyteczną służącą:
- nagrzewaniu wsadów w celu przeprowadzenia ich obróbek cieplnych, cieplno-chemicznych lub cieplno-fizycznych,
- procesom ogrzewania (termin „bytowo – techniczny”), służącym korekcji warunków termicznych w pomieszczeniach.
Nagrzewanie wsadów odbywa się w urządzeniach elektrotermicznych (w elektrycznych urządzeniach grzejnych). Urządzenia
elektrotermiczne są nadzwyczaj różnorodne co do swojej np.: konstrukcji, wielkości, zasady działania, sposobu przenoszenia ciepła,
rodzaju zasilania, umieszczenia, ruchu i środowiska wsadu, itp., itd.
Podziały stosowane w Elektrotermii, dotyczące rodzajów nagrzewań i rodzajów urządzeń elektrotermicznych wzajemnie się
przeplatają i przeprowadzanie są w oparciu o różne kryteria klasyfikacji.
Według kryterium konstrukcji urządzenia (lub kryterium umiejscowienia nagrzewania) urządzenia elektrotermiczne (lub
nagrzewania) dzieli się na:
- komorowe, w których wsad znajduję się w komorze grzejnej, czyli w przestrzeni ograniczonej ścianami utrudniającymi odpływ
ciepła do otoczenia,
- bezkomorowe, w których brak jest komory grzejnej.
Urządzenia komorowe dzieli się z kolei na:
- piece elektryczne, które są przeznaczone do przeprowadzania procesów technologicznych, polegających np. na: przemianie stanu
skupienia wsadu (np. piece wytopowe), przemianie jego struktury (np. piece: hartownicze, rafinacyjne, nawęglające) lub na reakcjach
chemicznych (np. piece do spalania),
- suszarki elektryczne, przeznaczone do procesów polegających na odparowaniu i usunięciu ze wsadu jego ciekłych składników (np.
wody, rozpuszczalnika),
- cieplarki elektryczne, w których wartość temperatury jest czynnikiem wpływającym na procesy biologiczne takie np. jak:
sterylizacja, pasteryzacja, wylęganie, kiełkowanie.
Wśród urządzeń bezkomorowych wyróżnia się natomiast:
- elektryczne narzędzia grzejne, które oprócz wytwarzania ciepła spełniają rolę mechanicznego narzędzia i wymagają poruszania nim
przy użytkowaniu (np. żelazko, lokówka, lutownica),
- elektryczne przyrządy grzejne, które są urządzeniami przenośnymi lub łatwo demontowalnymi i nie wymagają poruszania nimi przy
użytkowaniu, a których jedynym zdaniem jest wytwarzanie ciepła (np. konwekcyjne, promiennikowe, akumulacyjne ogrzewacze
wnętrzowe, grzałki, warniki),
- nagrzewnice elektryczne, będące urządzeniami grzejnymi nieprzenośnymi (masywnymi) (np. hartownice indukcyjne, nagrzewnice
fotonowe lub elektronowe, kuchenki mikrofalowe, nagrzewnice oporowe bezpośrednie).
Podstawowym kryterium podziału urządzeń i nagrzewań stosowanym w Elektrotermii, według którego dzieli się i omawia całą
Elektrotermię, jest tzw. Kryterium Metody Elektrotermicznej. Według tego kryterium urządzenia i metody nagrzewania występujące e
Elektrotermii dzieli się na:
1. oporowe
2. elektrodowe
3. łukowe
4. indukcyjne
5. pojemnościowe (dielektryczne)
6. mikrofalowe
7. elektronowe
8. plazmowe
9. fotonowe (laserowe)
10. jarzeniowe (jonowe)
11. ultradźwiękowe
Drugim co do ważności kryterium podziału stosowanym e Elektrotermii jest Kryterium Rodzaju Energii Docierającej do Wsadu,
a którego wynika podział na:
- nagrzewania bezpośrednie (urządzenia nagrzewania bezpośredniego),
- nagrzewania pośredniego (urządzenia nagrzewania pośredniego).
Jeżeli energia docierająca do wsadu jest monochromatyczną energią elektromagnetyczną to ma się do czynienia z nagrzewaniem
bezpośrednim ( z urządzeniami nagrzewania bezpośredniego), w którym wsad jest zarazem przetwornikiem elektrotermicznym.
Jeżeli energia docierająca do wsadu jest już energią cieplną ( a w tym energią heterochromatycznego elektromagnetycznego
promieniowania temperaturowego), to ma się do czynienia z nagrzewaniem pośrednim ( z urządzeniami nagrzewania pośredniego).
Nagrzewanie pośrednie polega na wytworzeniu ciepła w przetworniku elektrotermicznym, skąd ciepło przenoszone jest do wsadu na
drogach termokinetycznych. Przy nagrzewniach pośrednich wyróżnia się trzy sposoby nagrzewania wsadów: kondukcyjny,
konwekcyjny i radiacyjny.
Przy nagrzewaniu bezpośrednim eliminuje się zewnętrzne źródła ciepła (przetworniki elektrotermiczne) występujące przy
nagrzewaniu pośrednim. Źródła te – zgodnie z prawem przepływu ciepła od miejsc o temperaturze wyższej do miejsc o temperaturze
niższej – muszą mieć wyższą temperaturę niż wsad, co w wielu przypadkach stwarza trudności, zwłaszcza materiałowe.
Występujące w Elektrotermii różne inne podziały nagrzewań i urządzeń, zależne są od rodzaju przyjmowanego kryterium. I tak
np.:
A.) Kryterium rozkładu gęstości objętościowej mocy, wydzielonej we wsadzie podczas procesu nagrzewania, pozwala wyróżnić
nagrzewania: objętościowe i selektywne. Przy nagrzewaniu objętościowym – niemożliwym do zrealizowania przy wykorzystaniu
płomieniowego sposobu wytwarzania ciepła – moc cieplna wydzielana jest (mniej lub bardziej równomiernie) w całej objętości
wsadu. Przy nagrzewaniu selektywnym (powierzchniowym, warstwowym, punktowym) źródła mocy cieplnej wydzielanej we wsadzie
mogą występować na jego powierzchniach, w określonych jego warstwach lub punktach. Nagrzewanie bezpośrednie może być
nagrzewaniem objętościowym lub selektywnym, natomiast nagrzewanie pośrednie jest prawie zawsze nagrzewaniem selektywnym
powierzchniowym lub powierzchniowo-punktowym.
B.) Kryterium końcowego rozkładu temperatury w nagrzewanym wsadzie pozwala wyróżnić nagrzanie skrośne i selektywne. O
nagrzaniu skrośnym – w przeciwieństwie do selektywnego - mówi się wtedy, gdy celem nagrzewania jest uzyskanie jednakowej
temperatury w całej objętości wsadu lub w całych przekrojach wybranych części wsadu. Nagrzanie skrośne wsadu można osiągnąć
stosując nagrzewanie objętościowe lub selektywne.
C.) Przyjmując za kryterium wartość częstotliwości f pola elektromagnetycznego, którego energia zamieniana jest w przetworniku
elektrotermicznym (wsadzie) na ciepło, wyróżnia się nagrzewania częstotliwościami:
- zerową (f = 0Hz)
- zmniejszoną (małą) (0Hz<f<50Hz)
- sieciową (f = 50(60)Hz)
- zwiększoną (średnią) (50Hz<f<10
4
Hz)
- wielką (10
4
Hz<f<3*10
8
Hz)
- mikrofalową (3*10
8
Hz<f<3*10
11
Hz)
- optyczną (3*10
11
Hz<f<3*10
16
Hz)
D.) Według kryterium technologii można m. In. wyróżnić nagrzewania wykorzystywane przy: topieniu, drążeniu, rozdzielaniu (cięciu,
nacinaniu, perforowaniu), łączeniu (spawaniu, zgrzewaniu, lutowaniu, klejeniu, spajaniu), suszeniu, ogrzewaniu, obróbkach:
cieplnych, cieplno-chemicznych, cieplno-fizycznych, itp.
E.) Kryterium kinetyki wsadu – nagrzewania: nieprzelotowe i przelotowe.
F.) Kryterium środowiska wsadu – nagrzewania: próżniowe, cieczowe, fluidalne, w atmosferze naturalnej lub sztucznej (ochronnej,
technologicznej).
G.) Kryterium prowadzenia cyklu nagrzewania – nagrzewania: przerywane, okresowe i ciągłe, lub nagrzewania: impulsowe i ciągłe.
H.) Kryterium szybkości obniżania temperatury wsadu pozwala wyróżnić: stygnięcie (spadek temperatury wsadu spowodowany
naturalnym odpływem ciepła do otoczenia), stygnięcie spowolnione (powolne obniżanie temperatury wsadu poprzez utrudnienie
odpływu ciepła do otoczenia i/lub kontrolowane dogrzewanie wsadu), studzenie (przyspieszone obniżanie temperatury wsadu poprzez
wzmożenie przepływu ciepła do otoczenia).
Przyjmowane najczęściej w Elektrotermii podstawowe (pierwsze) kryterium klasyfikacji nagrzewań i urządzeń
elektrotermicznych to kryterium metody elektrotermicznej. Wynikający z tego kryterium podział poszerza się zazwyczaj:
- w przypadku nagrzewań – o podział wynikający z kryterium rodzaju energii docierającej do wsadu (nagrzewanie bezpośrednie i
pośrednie) i dalej, w przypadku nagrzewania pośredniego, o podział wynikający z kryterium (termokinetycznego) sposobu
przekazywania ciepła do wsadu (nagrzewanie pośrednie: kondukcyjne, konwekcyjne, radiacyjne),
- w przypadku urządzeń – o podziały wynikające z kryterium konstrukcji urządzenia elektrotermicznego (urządzenia komorowe:
piece, suszarki, cieplarki; i bezkomorowe: narzędzia i przyrządy grzejne, nagrzewnice).
Próba skalsyfikowania (określenia, opisania) danego rodzaju (sposobu) nagrzewania wsadu lub danego urządzenia
elektrotermicznego, w którym realizuje się to nagrzewanie, wymaga posłużenia się różnymi ww. kryteriami klasyfikacji.
9. Bilans energetyczny urządzeń elektrotermicznych
Q
ce
- całkowita energia elektromagnetyczna doprowadzona do urządzenia,
Q
w
- energia elektromagnetyczna występująca poza głównym torem elektrotermicznym urządzenia, zużywana do zasilania
podających czy dosuwających układów napędowych oraz układów: regulacji, sterowania i sygnalizacji,
Q
e
- energia elektromagnetyczna dopływająca do głównego toru elektrycznego urządzenia a przeznaczona – po ewentualnych
dalszych przemianach – na procesy grzejne,
Q
se
- energia strat elektromagnetycznych (wypromieniowanych i cieplnych) w głównym torze elektrycznym urządzenia (straty np. w
przewodach, transformatorach, półprzewodnikach, lampach),
Q
de
=Q
g
- energia elektromagnetyczna doprowadzona do przetwornika elektrotermicznego i zamieniona w nim na energię cieplną,
Q
sc
- energia strat cieplnych – będąca częścią energii cieplnej
Q
g
- oddawana do otoczenia z różnych części toru grzejnego
urządzenia i ze wsadu,
Q
a
- energia cieplna akumulacyjna - będąca częścią energii cieplnej
Q
g
- zakumulowana w różnych częściach toru grzejnego
urządzenia z wyjątkiem wsadu,
Q
u
- energia cieplna użyteczna powodująca wzrost energii wewnętrznej wsadu (np. nagrzewanie, topienie, parowanie wsadu).
W każdym urządzeniu elektrotermicznym występują dwa rodzaje energii: monochromatyczna energia elektromagnetyczna i
energia cieplna.
Uwaga
Energia
Q
a
może mieć charakter energii traconej (np. akumulowanie ciepła w ogniotrwałych i termoizolacyjnych obudowach
komór grzejnych) lub – wraz z energią
Q
sc
- charakter energii użytecznej (np. ogrzewanie pomieszczenia przy pomocy pieca
akumulacyjnego).
Wykres bilansu energii urządzenia elektrotermicznego pozwala wyznaczyć jego sprawność. I tak:
- sprawność elektryczna (
η
e
) urządzenia:
η
e
=
Q
de
Q
e
=1−
Q
se
Q
e
- sprawność cieplna (
η
t
) urządzenia:
η
t
=
Q
u
Q
g
=1−
Q
sc
Q
g
−
Q
a
Q
g
- sprawność elektrotermiczna (
η
et
) urządzenia:
η
et
=
Q
u
Q
e
=
Q
u
Q
g
⋅
Q
de
Q
e
=η
t
⋅η
e
- sprawność całkowita ( η ) urządzenia:
η=
Q
u
Q
ce
Szczegółowa analiza pracy urządzenia elektrotermicznego o skomplikowanej budowie, realizującego skomplikowane przemiany
elektrotermiczne, wymaga rozłożenia sprawności elektrycznej i cieplnej na poszczególne sprawności cząstkowe.
10.Matriały ogniotrwałe, termoizolacyjne i elektroizolacyjne w urządzeniach elektrotermicznych.
W urządzeniach elektrotermicznych ma się do czynienia z:
- temperaturami o wartościach sięgających kilka, kilkanaście czy kilkadziesiąt setek stopni Celsjusza,
- różnicami potencjałów elektrycznych sięgających kilka, kilkanaście czy kilkadziesiąt setek woltów.
Tak wysokie temperatury i różnice potencjałów elektrycznych wymogły, aby niektóre części torów cieplnych wykonane były z:
- materiałów ogniotrwałych – w temperaturach wysokich charakteryzują się sztywnością postaci i posiadają dużą wytrzymałość
mechaniczną i odporność chemiczną,
- materiałów elektroizolacyjnych – w tych temperaturach odizolują elektryczne części będące pod napięciem od siebie, wsadów lub
obudów urządzeń elektrotermicznych,
- materiałów termoizolacyjnych, które ograniczają odpływ ciepła do otoczenia lub odizolują cieplnie te części urządzenia, które są
mniej odporne na działanie wysokich temperatur.
Najbliższymi spełnienia ww. wymagań są tworzywa wykonane z materiałów ceramicznych.
Wyroby ceramiczne charakteryzują się występowaniem w nich związków chemicznych czy mieszanin związków chemicznych,
będących w różnych fazach krystalicznych (ciała krystaliczne, ciała stałe) i/lub fazach szklistych (bezpostaciowe ciała sztywne,
przechłodzone ciecze). Wielo- i różno-składnikowość i polikrystaliczno-szklista struktura większości wyrobów ceramicznych
powodują, że temperatury ich użytkowania – jako ciał charakteryzujących się sztywnością postaci i mogących przenosić obciążenia
mechaniczne oraz jako ciał elektrycznie izolujących i odpornych na działania różnych związków chemicznych – są dużo wyższe niż
innych materiałów.
A. Materiały ogniotrwałe
Cechą szczególną jest ich odporność na działanie wysokich temperatur.
Miarą odporności mechanicznej wyrobów ogniotrwałych są:
- ogniotrwałość zwykła t
zw
(w ºC) – temperatura mięknięcia wyrobu ogniotrwałego o kształcie stożka (pirometrycznego) o
odpowiednich wymiarach, pod wpływem własnego ciężaru,
- ogniotrwałość pod obciążeniem t
ob
(w ºC) – temperatura odkształcenia się wyrobu o kształcie walca o wysokości i średnicy równej
50mm, poddanego obciążeniu mechanicznemu równemu 2 kG/cm
2
.
Materiałami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość zwykła (t
zw
) jest większa od 1500 ºC.
Wśród nich wyróżnia się:
- materiały ogniotrwałe (1500< t
zw
<1770 ºC)
- materiały wysokoogniotrwałe (1770< t
zw
<2000 ºC)
- materiały o najwyższej ogniotrwałości (t
zw
>2000 ºC)
Materiały ogniotrwałe dzieli się na:
- wyroby ogniotrwałe
- materiały ogniotrwałe nieformowalne.
Podział przeprowadza się z wykorzystaniem:
- kryterium odporności chemicznej na działanie czynników kwaśnych, zasadowych i kwaśno–zasadowych,
- kryterium składu chemiczno – mineralnego.
1.) Materiały kwaśne:
- krzemionkowe – powyżej 85% krzemionki SiO
2
- glinokrzemianowe – zawierają oprócz SiO
2
około 15% Al
2
O
3
- cyrkonowe – zawierają
30÷85
ZrO
3
2.) Materiały zasadowe – zawierają powyżej 35% MgO: magnezjowe (>85% 3MgO), magnezytowo-wapienne i magnezytowo-
krzemianowe
3.) Materiały obojętne (kwaśno- zasadowe)
B. Materiały termoizolacyjne
Najistotniejszą ich własnością jest możliwie mała wartość ich przewodności cieplnej właściwej λ [W/mK].
Materiałami ceramicznymi wyjściowymi, z których wykonuje się wyroby termoizolacyjne są:
- rozdrobnione materiały ceramiczne o strukturze zwartej lub strukturze mikroporowatej,
- materiały ceramiczne włókniste.
C. Materiały elektroizolacyjne powinny posiadać:
- możliwie małą konduktywność γ (możliwie dużą rezystywność ρ), ograniczającą wartość prądu upływu,
- dostateczną wytrzymałość na elektryczne przebicia,
- wystarczającą odporność mechaniczną,
- wystarczająca odporność na reagowanie chemiczne ze stykającymi się z nimi przetwornikami elektrotermicznymi.
Materiały elektroizolacyjne są specjalnie oczyszczonymi materiałami ogniotrwałymi.
11. Prądy przewodzenia i przemiany elektrocieplne w stacjonarnym elektrycznym polu przepływowym.
Prądy konwekcyjne i przemiany elektrocieplne.
Wśród stacjonarnych pól elektrycznych o
E=const
wyróżnia się:
- pola elektrostatyczne, w których nie występuje ruch ładunków, a więc w których nie zachodzą żadne przemiany energetyczne,
- pola elektryczne prądów stałych, w których istnieje przemieszczanie się ładunków swobodnych na odległości makroskopowe, a
ładunek przepływający przez rozpatrywany przekrój przestrzeni jest niezmienny w czasie dzięki uzupełnianiu go z zewnątrz.
Wśród pól elektrycznych prądów stałych, które są prawie zawsze stacjonarnymi polami elektromagnetycznymi, można wyróżnić:
- stacjonarne pola przepływowe, które występują często w różnych urządzeniach elektrycznych, będących ośrodkami przewodzącymi
lub półprzewodzącymi o dużej liczbie ładunków swobodnych,
- stacjonarne pola swobodnie poruszających się ładunków (np. pola wiązek ładunków poruszających się w próżni).
W stacjonarnych polach przepływowych ma się do czynienia ze stałym prądem przewodzenia, polegającym na jednostajnym i
makroskopowym przesuwaniu się (unoszeniu) w jednym kierunku ładunków swobodnych, ulegających w skali makroskopowej
wielokrotnym zderzeniom i przyspieszeniom w okresach międzyzderzeniowych.
Natomiast w stacjonarnych polach wiązek ładunków występuje prąd konwekcyjny, polegający na swobodnym i zmiennym w
czasie jednokierunkowym ruchu na odległości makroskopowe ładunków obdarzonych masą.
12. Definicje metod elektrotermicznych.
Ze wzglądu na możliwe odmienne zasady i sposoby nagrzewania różnych wsadów i związane z tym odmienne konstrukcje
całych grup urządzeń elektrotermicznych, przyjęło się wyróżniać jedenaście głównych metod elektrotermicznych. Metody te,
wprowadzane do praktyki przemysłowej na przestrzeni dziesięcioleci maja nazwy wynikające:
- z rodzaju energii dostarczanej do przetwornika elektrotermicznego (np. mikrofale, ultradźwięki, fotony),
- ze sposobu przeniesienia tej energii do przetwornika (np. indukcja elektromagnetyczna, elektrody, poruszające się elektrony lub
jony),
- z wielkości elektromagnetycznej charakteryzującej przetwornik (np. opór (rezystancja), pojemność),
- z nazwy przetwornika (np. plazma, dielektryk, wyładowanie łukowe, wyładowanie jarzeniowe).
Poniżej przytoczono definicje metod elektrotermicznych wraz z rysunkami przedstawiającymi w sposób schematyczny
realizowane w nich główne przemiany energii i sposoby jej transportu. Oprócz głównych metod elektrotermicznych wyróżnia się
także metody mieszane (skojarzone) (np. łukowo-oporowe). W niektórych z metod elektrotermicznych występują zarówno
bezpośrednie jak i pośrednie sposoby nagrzewania wsadów.
Metody elektrotermiczne
a.) metoda oporowa – polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu elektronowego prądu przewodzenia przez ciało stałe lub
ewentualnie (po stopieniu ciała stałego) ciecz, połączone metalicznie (stykowo, galwanicznie) z obwodem, wzdłuż którego przenosi
się energia pola elektromagnetycznego stacjonarnego lub przemiennego o częstotliwości 50Hz.
Rys. Przemiany energii w metodzie oporowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; b) nagrzewanie pośrednie, I - przetwornik
elektrotermiczny, II – wsad, 1,2 –energia elektromagnetyczna, 3 – ciepło.
b.) metoda elektrodowa – polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu jonowego lub jonowo-elektronowego prądu
przewodzenia przez ciecz, połączoną przy pomocy elektrod z obwodem, wzdłuż którego przenosi się energia pola
elektromagnetycznego stacjonarnego lub przemiennego o częstotliwości 50Hz.
Rys. Przemiany energii w metodzie elektrodowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; b) nagrzewanie pośrednie, I - przetwornik
elektrotermiczny, II – wsad, 1,2 –energia elektromagnetyczna, 3 – ciepło.
c.) metoda indukcyjna – polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu indukowanego prądu przewodzenia (prądów wirowych)
przez ciało stałe lub ciecz, sprzężone indukcyjnie z obwodem wzdłuż którego przenosi się energia pola elektromagnetycznego
przemiennego o częstotliwości od kilku (kilkunastu) Hz do kilkudziesięciu MHz.
Rys. Przemiany energii w metodzie indukcyjnej: a) nagrzewanie bezpośrednie; b) nagrzewanie pośrednie, I - przetwornik
elektrotermiczny, II – wsad, 1,2 –energia elektromagnetyczna, 3 – ciepło.
d.) metoda pojemnościowa (dielektryczna) – polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu prądu przesunięcia (polaryzacji) (i
ewentualnie prądu przewodzenia) przez ciało stałe lub ciecz, sprzężone pojemnościowo z obwodem poprzez umieszczenie ich w
kondensatorze, będącym częścią składową obwodu wzdłuż którego przenosi się energia pola elektromagnetycznego przemiennego o
częstotliwości od kilku do kilkudziesięciu MHz.
Rys. Przemiany energii w metodzie pojemnościowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; I - przetwornik elektrotermiczny, II – wsad, 1,2 –
energia elektromagnetyczna, 3 – ciepło.
e.) metoda łukowa – polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu prądu przewodzenia przez obszar wyładowania łukowego
(przez plazmę), występującego w gazie o ciśnieniu atmosferycznym lub w próżni, przy czym obszar wyładowania łukowego jest
połączony przy pomocy elektrod z obwodem, wzdłuż którego przenosi się energia pola elektromagnetycznego stacjonarnego lub
przemiennego o częstotliwości 50Hz.
Rys. Przemiany energii w metodzie łukowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; b) nagrzewanie pośrednie, I - przetwornik
elektrotermiczny, II – wsad, 1,2 –energia elektromagnetyczna, 3 – ciepło, 4 – energia kinetyczna cząstek naładowanych, 5 – energia
redysocjacji termicznej cząsteczek i dejonizacji cząstek.
f.) metoda mikrofalowa – polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu prądu przesunięcia (polaryzacji) (i ewentualnie prądu
przewodzenia) przez ciało stałe lub ciecz, poddane działaniu promieniowania mikrofalowego o częstotliwości od kilkuset MHz do
kilkuset GHz, do których energia elektromagnetyczna przenosi się dzięki umieszczeniu ich we wnęce rezonansowej, falowodzie lub
naprzeciw otwartego końca falowodu.
Rys. Przemiany energii w metodzie mikrofalowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; I - przetwornik elektrotermiczny, II – wsad, 1, –
energia elektromagnetyczna.
g.) metoda fotonowa (laserowa) – polega na wytworzeniu ciepła w ciele stałym lub cieczy poddanych działaniu spójnego,
monochromatycznego i mało rozbieżnego fluoroscencyjnego promieniowania elektromagnetycznego: mikrofalowego (masery),
podczerwonego (irrasery), świetlnego (lasery) lub ultrafioletowego (UV-lasery), wytworzonego w kwantowych wzmacniaczach
promieniowania.
Rys. Przemiany energii w metodzie fotonowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; I - przetwornik elektrotermiczny, II – wsad, 7 – energia
elektromagnetyczna wymuszonej emisji atomów i cząsteczek.
h.) metoda elektronowa – polega na wytworzeniu ciepła w ciele stałym lub cieczy pod wpływem uderzających o nie rozpędzonych w
próżni elektronów (tworzących prąd konwekcyjny), których źródłem jest nagrzana (elektrotermicznie) katoda, a które są
przyspieszane w obszarze międzyelektrodowym, połączonym z obwodem wzdłuż którego przenosi się energia stacjonarnego pola
elektromagnetycznego.
Rys. Przemiany energii w metodzie elektronowej: a) nagrzewanie bezpośrednie; I - przetwornik elektrotermiczny (elektro-kinetyczno-
termiczny), II – wsad, 2 –energia elektromagnetyczna, 4 – energia kinetyczna elektronów.
i) Metoda plazmowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu:
prądu przewodzenia w plazmie o ciśnieniu wyższym niż atmosferyczne, spowodowanym wymuszonym przepływem
gazu, przy czym obszar plazmy jest sprzężony elektromagnetycznie (indukcyjnie, pojemnościowo czy mikrofalowo)
z obwodem lub falowodem (plazma mikrofalowa), wzdłuż których przenosi się energia pól elektro magnetycznych o
częstotliwościach rzędu kilku do kilku tysięcy MHz
prądu
przewodzenia
w
obszarze
wyładowania
łukowego
zachodzącego
w
środowisku
gazowym
(w
plazmie)
o
ciśnieniu
wyższym
niż
atmosferyczne,
spowodowanym
wymuszonym
przepływem
gazu,
przy
czym
obszar
wyładowania
łukowego
połączony
jest
przy
pomocy
elektrod
z
obwodem
wzdłuż
którego
przenosi
się
energia
pola elektrycznego lub elektromagnetycznego o częstotliwości 50Hz
j) Metoda ultradźwiękowa polega na wytworzeniu ciepła w ciele starym poddanym działaniu energii fal
mechanicznych o częstotliwościach akustycznych, wytwarzanych w przetwornikach elektromechanicznych
(elektroultradźwiękowych), które połączone są z
obwodem wzdłuż którego przenosi się energia elektromagnetyczna o częstotliwościach akustycznych
Przemiany energii w metodzie ultradźwiękowej: a) nagrzewanie bezpośrednie
II - wsad, Ul - przetwornik elektromechaniczny, IV - przetwornik mechanicznotermiczny,
1 - energia elektromagnetyczna, 6 - energia kinetyczna ciała makroskopowego, F – siła
k) Metoda jarzeniowa (jonowa) polega na wytworzeniu ciepła w obszarze wyładowania jarzeniowego na skutek
przepływu prądu przewodzenia oraz w ciele starym (wsadzie) pod wpływem uderzających o nie rozpędzonych
jonów dodatnich tworzących prąd konwekcyjny, których źródłem jest dozowany do odpompowanej przestrzeni
międzyelektrodowej gaz, a które są przyspieszane w obszarze międzyelektrodowym, połączonym z obwodem
wzdłuż którego przenosi się energia elektryczna
Przemiany energii w metodzie jarzeniowej: a), b) nagrzewanie pośrednie i bezpośrednie
I - przetwornik elektrotermiczny, II - wsad, III - przetwornik elektrokinetyczny,
IV - przetwornik kinetycznotermiczny, 2 - energia elektryczna, 3 - ciepło,
4 - energia kinetyczna jonów
Niektóre z wymienionych wyżej głównych metod elektrotermicznych w rzeczywistych procesach wzajemnie się
przeplatają, tworząc mieszane metody elektrotermiczne, jak np: oporowo-łukowa, lukowo-oporowa, elektrodowo-
oporowa (rezystancyjna), jonowo-oporowa i in. W pewnych szczególnych przypadkach ma się natomiast do
czynienia ze skojarzonymi metodami elektrotermiczno-płomieniowymi (np. metody: elektrodowo-płomieniowa,
łukowo-płomieniowa
13. Termokinetyka i formy ruchu ciepła.
Termokinetyka, będąca częścią termodynamiki, jest nauka o ruchu ciepła i o formach jego przepływu. Istnieją trzy główne
formy (drogi) przepływu ciepła: przewodzenie (kondukcja), unoszenie (konwekcja) i promieniowanie (radiacja).
Zgodnie z II zasadą termodynamiki wypadkowy przepływ ciepła na każdej z ww. dróg termokinetycznych odbywa się zawsze od
miejsc (ciał) o temperaturze wyższej do miejsc (ciał) o temperaturze niższej.
Temperatura ciała, będąca jednym (oprócz ciśnienia i objętości) z termodynamicznych parametrów stanu ciała, jest miarą
średniej energii kinetycznej zwartych w nim cząstek (atomów, cząsteczek, jonów, elektronów).
Formy ruchu ciepła
W przypadku przepływu ciepła na drodze przewodzenia lub unoszenia na ich wypadkowe przepływy składają się przepływy
ciepła zachodzące zawsze w jednym kierunku: zawsze od miejsc o temperaturze wyższej do miejsc o temperaturze niższej. Natomiast
w przypadku przepływu ciepła na drodze promieniowania wypadkowy kierunek przepływu ciepła wynika z bilansu energetycznego
„różnokierunkowych” przepływów ciepła. Dlatego tez rozpatrując ruch ciepła mówi się w termokinetyce o:
- przewodzeniu ciepła,
- unoszeniu ciepła,
- wymianie ciepła na drodze promieniowania.
Przepływ ciepła odbywa się często w sposób skojarzony, objawiający się równoczesnym ruchem ciepła na dwóch lub trzech z ww.
dróg.
Przewodzenie ciepła, zachodzące wewnątrz struktury jednego ciała lub na granicy styku różnych ciał, polega na przekazywaniu
energii kinetycznej mikroskopowego ruchu jego cząstek (atomów, cząsteczek, jonów, elektronów). Przewodzenie ciepła występuje
zarówno w ciałach stałych (sztywnych) jak i w płynach (cieczach i gazach). Istotne znaczenie dla przebiegu procesu przewodzenia
ciepła ma:
- w przypadku ciał stałych będących dielektrykami lub półprzewodnikami samoistnymi – ruch drgający atomów i/lub cząsteczek,
- w przypadku przewodnika elektrycznego sztywnego lub płynnego i półprzewodnika domieszkowanego – ruch swobodnych
elektronów (i dziur),
- w przypadku dielektryków płynnych (ciecze i gazy) – ruch drgający atomów i/lub cząsteczek oraz ruch dyfuzyjny cząsteczek.
Wymiana ciepła wyłącznie przez przewodzenie odbywa się w ciałach stałych nieprzenikliwych dla promieniowania temperaturowego
oraz w nieprzenikliwych dla tego promieniowania płynach, gdy nie występują w nich makroskopowe przemieszczenia się względem
siebie części płynu (np. przy odgórnym nagrzewaniu nieruchomego płynu).
Unoszenie ciepła polega na przekazywaniu energii cieplnej w wyniku makroskopowych ruchów zachodzących w substancji, w
związku z czym może ono zachodzić tylko w płynach (cieczach lub gazach). Unoszeniu ciepła zawsze towarzyszy kondukcja, a w
przypadku płynów przenikliwych dla promieniowania temperaturowego – także radiacyjna wymiana ciepła. Konwekcja może
występować w przestrzeniach ograniczonych jak i nieograniczonych. Może to być konwekcja naturalna (swobodna), spowodowana
różnica temperatur (a więc różnicą gęstości i ciśnień) płynu lub konwekcja wymuszona spowodowana działaniem sił (ciśnień)
pochodzenia zewnętrznego.
Unoszenie ciepła w płynach obrazuje jedynie pewien mechanizm przenoszenia ciepła. Występujące natomiast w rzeczywistości i
rozpatrywane w termokinetyce przepływy ciepła, wykorzystujące zjawisko jego unoszenia (konwekcji), zachodzą zawsze pomiędzy
powierzchnią ciała stałego a płynem (cieczą lub gazem) lub powierzchnia cieczy a gazem. Takie przepływy ciepła są skojarzonymi
przepływami kondukcyjno-konwekcyjnymi i określane są w termokinetyce terminem: przejmowanie (wnikanie) ciepła na drodze
konwekcji lub konwekcyjne przejmowanie (wnikanie) ciepła.
Radiacyjną wymianą ciepła nazywa się przekazywanie energii pomiędzy ciałami lub częściami tego samego ciała za
pośrednictwem elektromagnetycznego promieniowania temperaturowego (inkadescencyjnego). Zgodnie z hipotezą Prevosta każde
ciało o temperaturze wyższej niż 0K jest źródłem promieniowania temperaturowego. Z prawa Plancka wynika natomiast, że znaczące
ilości energii tego promieniowania wysyłane są głównie w zakresie promieniowań optycznych:
- podczerwonego, dla ciał o temperaturach niskich (np. t<1000°C),
- podczerwonego i widzialnego, dla ciał o temperaturach średnich (np. 1000°C<t<3000°C),
- podczerwonego, widzialnego i nadfioletowego, dla ciał o temperaturach wysokich (np. t>3000°C).
Jeżeli ilość energii wypromieniowanej przez jedno ciało i docierającej do ciała drugiego jest różna od ilości energii promienistej
pochodzącej od drugiego ciała i docierającej do ciała pierwszego, to w wyniku wymiany nierównych ilości energii między tymi
ciałami powstaje ukierunkowany (wypadkowy) przepływ (przekazywanie, wymiana) energii promienistej. Wymiana ta może
zachodzić jedynie wtedy, gdy ciała są rozdzielone ośrodkiem całkowicie lub częściowo przenikliwym dla promieniowania
temperaturowego.
Radiacyjną wymianę ciepła wygodnie jest czasami – przy skojarzonych wymianach radiacyjno-konwekcyjnych – opisywać w sposób
podobny jak przejmowanie ciepła na drodze konwekcji i nazywać (traktować jako): przejmowanie ciepła na drodze radiacji lub
radiacyjne przejmowanie ciepła.
Podsumowując powyższe można stwierdzić, że występujące w praktyce i opisywane w termokinetyce trzy podstawowe formy
przekazywania ciepła to:
- przewodzenie ciepła,
- konwekcyjne przejmowanie ciepła,
- radiacyjna wymiana ciepła (radiacyjne przejmowanie ciepła).
14. temperatura i jej pomiary. Przyrządy do pomiaru temperatury i ich podział
Pomiar temperatury może być realizowany na wiele sposobów. W zależności od interakcji pomiędzy badanym obiektem pomiarowym
a czujnikiem pomiarowym wyróżnić można:
pomiar dotykowy (pomiar kontaktowy) - czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy
pomiar bezdotykowy (pomiar bezkontaktowy) - poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego
emitowanego przez rozgrzane ciało (promieniowanie cieplne) np. długości fali, ilości emitowanej energii przez obiekt.
W zależności od wykorzystanych do pomiaru własności fizycznych czujnika pomiarowego, wyróżnić można pomiar z
wykorzystaniem zjawiska:
odkształcenia bimetalu,
wytwarzania napięcia elektrycznego na styku dwóch metali (termopara) w różnych temperaturach,
zmiany rezystancji elementu
zmiany parametrów złącza półprzewodnikowego (termometr diodowy)
zmiany objętości cieczy, gazu lub długości ciała stałego (termometr, termometr cieczowy),
parametrów promieniowania cieplnego ciała np. Pirometr,
zmiana barwy - barwa żaru, barwa nalotowa stali, farba zmieniająca kolor pod wpływem temperatury,
stożki Segera.
Termometr – przyrząd do pomiaru temperatury metodą pośrednią, na podstawie zmiany pod wpływem . Termometr może służyć do
pomiaru dowolnej temperatury w określonym zakresie lub wskazywania tylko wybranych wartości temperatury
Rodzaje termometrów:
*Termometry cieczowe
*Termometr alkoholowy
*Termometr rtęciowy
*Termometr stacyjny
*Termometr gazowy
*Termometr bimetaliczny
*Termometr parowy
*Termometr magnetyczny
*Termometr oporowy
Pirometr - przyrząd pomiarowy służący do bezdotykowego
pomiaru
temperatury. Działa w oparciu o analizę
promieniowania cieplnego
emitowanego przez badane ciała.