KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI Przedmiot Diagnostyka I Nadzorowanie

katedra technik wytwarzania i automatyzacji przedmiot: diagnostyka i nadzorowanie systemów obróbkowych temat ćwiczenia: p

KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI
Przedmiot:
Diagnostyka i nadzorowanie systemów obróbkowych
Temat ćwiczenia:
Pomiar temperatury w procesie obróbki ubytkowej.
Numer ćwiczenia:
2
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie rozkładu pól temperatury w strefie
skrawania podczas procesu toczenia w warunkach zmiennych parametrów
skrawania.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Przeprowadzić montaż stanowiska do pomiarów termowizyjnych zgodnie
z instrukcjami prowadzącego zajęcia.
2.
Skonfigurować program rejestrujący obraz z kamery termowizyjnej.
3.
Określić dokładność pomiaru temperatury kamerą termowizyjną na
podstawie pomiarów termoparą Ni-Cr dla materiałów o różnym
współczynniku odbicia i emisyjności.
4.
Zaobserwować tłumienie promieniowania podczerwonego przez wybrane
materiały.
5.
Zarejestrować obraz wnętrza szafy sterowniczej wybranej
obrabiarki.
6.
Zarejestrować obrazy rozkładu pola temperatur w funkcji czasu dla
wybranego zestawu parametrów technologicznych podanych przez
prowadzącego.
7.
Otrzymane wyniki skopiować na nośniki USB w celu dalszej obróbki i
dołączenia do sprawozdania.
3. Wytyczne do opracowania sprawozdania
Sprawozdanie studenci wykonują indywidualnie i samodzielnie.
Sprawozdanie powinno zawierać:
- datę ćwiczenia, grupę, imię i nazwisko osoby biorącej udział w ćwiczeniu,
- schemat blokowy stanowiska laboratoryjnego,
- dane wejściowe podane przez prowadzącego ćwiczenia,
- opis procedury konfiguracji stanowiska i oprogramowania,
- opracowane i przedstawione w formie graficznej wyniki badań,
- wnioski.
Teoria:
Termopara jest elementem obwodu elektrycznego składającego się z dwóch
przewodów wykonanych z różnych metali . Miejsce łączenia nazywa się
„spoiną pomiarową” zaś pozostałe końce - zimnymi końcami. W tak
utworzonym termoelemencie składającym się z różnych materiałów,
powstaje siła termoelektryczna gdy spoina i zimne końce utrzymywane są
w różnych temperaturach. Czułość termoelementu zależy od siły
termoelektrycznej materiałów, z których wykonane są termoelementy.
Na termoelementy wybiera się materiały, które w szeregu
termoelektrycznym znajdują się daleko od siebie, co zapewnia
występowanie dużych sił termoelektrycznych.
Spoiny wykonane są poprzez skręcenie, lutowanie lub spawanie drutów
termoelektrod. Termopary pokrywają szeroki zakres mierzonych
temperatur, rozciągający się od - 200°C aż do ponad 2000°C. Typowa
dokładność pomiaru wynosi ±1 – 2 °C,.
Do wad termopar należy zaliczyć małączułośc kilka – kilkadziesiąt
uV/C. Ponadto sygnał z termopary jest nieliniowy co wymusza stosowanie
metod linearyzacyjnych.

Rys.1. Układ pomiaru napięcia termoelektrycznego
Rys.2. Przykładowe termopary Ni-Cr
Termowizja:


Zależność długości fali maksymalnej energii od temperatury
Prawo Stefana-Boltzmanna opisuje całkowitą moc wypromieniowywaną przez
ciało doskonale czarne w danej temperaturze:


Pomiary termowizyjne polegają na pomiarze natężenia promieniowania
cieplnego, które jest emitowane przez wszystkie ciała o temperaturze
wyższej od temperatury 0 K (-273,15°C). Promieniowanie cieplne może
być emitowane przez bryłę (warstwa) aktywnego radiacyjnie gazu,
powierzchnię cieczy lub zbiorowisko kropel cieczy, powierzchnię ciała
stałego lub zbiór tych obiektów w obserwowanej przestrzeni. Za
wyjątkiem gazów we wszystkich wymienionych wyżej przypadkach
promieniowanie cieplne ma charakter widma ciągłego (emitowane
promieniowanie zawiera teoretycznie wszystkie długości fali
promieniowania od zera do nieskończoności). W przypadku gazów
promieniowanie ma charakter selektywny. Poszczególne gazy emitują
promieniowanie tylko w charakterystycznych dla siebie zakresach
długości fali (rys.3). Fakt ten pozwala wykrywać obecność danego gazu
w atmosferze (w roztworze gazowym), o ile detektor kafragmentu szafy
sterowniczej obrabiarki mery jest wrażliwy na promieniowanie o danej
długości fali.
Natężenie promieniowania cieplnego jest ściśle związane z temperaturą
promieniującego obiektu (powierzchni). Im wyższa jest temperatura, tym
wyższa jest intensywność promieniowania. Matematyczny związek pomiędzy
tymi wielkościami jest znany i to on pozwala na określenie temperatury
promieniującego ciała, w oparciu o pomiar skutków wywoływanych w
detektorze promieniowania, zainIntroduction to Infrared
Thermographystalowanym w kamerze termowizyjnej. Drugim ważnym
parametrem mającym wpływ na intensywność promieniowania rozpatrywanej
powierzchni jest współczynnik emisyjności. Wartości współczynnika są
zawarte w przedziale (0,0–1,0). Ciała mające współczynnik emisyjności
Dla celów wzorcowania przyrządów pomiarowych buduje się modele ciała
doskonale czarnego mające współczynnik emisyjności praktycznie równy
jed równy 1,0 to tzw. ciała doskonale czarne. Powierzchnia taka
promieniuje najintensywniej, w porównaniu z innymi ciałami mającymi tę
samą temperaturę. Równocześnie absorbuje ona w 100% promieniowanie,
które na nią pada. Drugim skrajnym przypadkiem jest ciało
(powierzchnia) doskonale białe – nie emitujące promieniowania
cieplnego i całkowicie odbijające promieniowanie innych obiektów
padające na tę powierzchnię. Ciała rzeczywiste charakteryzują się
współczynnikiem emisyjności należącym do podanego wyżej przedziału i
nigdy nie osiągają podanych skrajnych wartości.
Zakres promieniowania.
Zgodnie z normą przetwornik promieniowania słonecznego powinien
funkcjonować w zakresie 2 i 12 mm. Z punktu widzenia praktycznego
promieniowanie podczerwone dzieli się historycznie na dwa zakresy:
promieniowanie krótkofalowe SW (Short Wave) 2-5 µm i długofalowe LW
(Long Wave) 8-14 µm. Podział powiązany jest z detektorami podczerwieni
wykorzystywanymi w termowizji. Stosowane są detektory SW i LW, przy
czym te drugie uważane są za korzystniejsze z punktu widzenia
prowadzenia badań na obiektach budowlanych.
Obecnie przyjęło się wyróżniać cztery zakresy podczerwieni: bliską,
średnią, daleką, bardzo daleką, a zakresy badawcze termografii
odpowiadają podczerwieni średniej i dalekiej.
Detektory (przetworniki pomiarowe) mogą być w postaci pojedynczej –
najprostsze pirometry, jak też matrycy (kamery). Współcześnie
akceptowalne matryce kamer wykorzystywane w budownictwie zaczynają się
od zakresu 160×120, choć powinny być o wielkości 320×240, najlepsze
dochodzą nawet do 640×480 pikseli. Wielkość matrycy determinuje
rozdzielczość (iloczyn wymiarów matrycy), która decyduje o jakości
obrazu. Matryca o wymiarze 160×120 posiada 19200 pikseli, zaś 320×240
aż 76800 pikseli

Rys.4. Termogram fragmentu szafy sterowniczej obrabiarki

Rys.5. Termogram procesu wiercenia