Sperimentazione sulle macchine e sui sistemi energetici - Tutta la teoria del corso

Radiometria

I metodi di misura radiometrica della T di un corpo vengono impiegati quando il contatto con l’oggetto caldo è indesiderabile, impossibile (ad es. se poniamo il sensore di contatto con un oggetto troppo caldo potrebbe fondersi).

Principio

Principio: qualsiasi corpo ad una T > 0 K emette una radiazione di intensità dipendente dalla T.

Vantaggi e svantaggi

Vantaggi: elevata risposta in frequenza, elevata sensibilità e accuratezza, non intrusività (elimina le perturbazioni nel campo di moto), possibilità di pilotare direttamente un'acquisizione lontana dalla zona di lavoro.

Svantaggi: maggiore costo, possibilità di utilizzare lo strumento solo nell’intervallo di temperature per il quale è stato progettato e tarato.

Chiaramente per l’ottenimento di misure affidabili il dispositivo di misura deve essere usato da personale specializzato.

I dispositivi che misurano la T di un corpo senza entrare in contatto con esso si chiamano piro(metri) ottici, essi captano la radiazione emessa da un corpo a T > 0 K e la convertono in un segnale elettrico misurabile.

Il fenomeno dell’irraggiamento

È alla base del principio ottico, esso è definito come l’energia radiante emessa da un corpo a causa della sua temperatura.

Il trasporto dell’energia radiante viene eseguito da un’onda di tipo elettromagnetico la cui energia è legata alla sua stessa frequenza. λ = lunghezza d’onda; c = velocità della luce.

Le radiazioni termiche comprendono un range 0,1 μm < λ < 1000 μm.

Grandezze spettrali e grandezze totali

Definiamo grandezze spettrali grandezze che dipendono dalla λ.

Definiamo grandezze totali grandezze che non dipendono più da grandezze spettrali (ad es. con un processo di integrazione delle grandezze spettrali).

L’entità totale E della radiazione emessa da un corpo data da: ∫₀^∞ S (λ) dλ L’entità della radiazione non dipende solo dalla lunghezza d’onda λ ma dipende anche dalla direzione considerata.

Non è detto che una superficie emetta in tutte le direzioni nello stesso modo alla stessa intensità.

La dipendenza dalla direzione vale oltre che per la radiazione emessa anche per quella incidente. Quindi:

L_e (λ,ψ, φ) = Radiazione emessa

Σ_i (λ, ψ’, φ’) = Radiazione incidente

Nella parentesi (ψ) compaiono due angoli ψ e φ perché la direzionalità nello spazio viene caratterizzata con due angoli (in 2D ne basterebbe uno solo).

La radianza

Si considera una superficie dA che emette in una certa direzione individuata da φ’ (angolo d’azimuth) e da g’ (angolo di zenith).

Sia cono solido attraversato dalla radiazione e du. Sia l’angolo solido sotteso a essa. Per definizione fa θ.

Dal disegno possiamo dire che: cos θ dA_N = dA θ = dA_N dA dθ = r² sin g dθ dφ / dθ = r

Radiometria

Il metodo di misura radiometrica della T di un corpo vengono impiegati quando il contatto con l'oggetto caldo è indesiderabile, come impossibile (ad es. se poniamo il sensore di contatto con un oggetto troppo caldo potrebbe fondersi).

Principio

Principio: qualsiasi corpo ad una T > 0 K emette una radiazione di intensità dipendente dalla T.

Vantaggi e svantaggi

Vantaggi: elevata risposta in frequenza, elevata sensibilità e accuratezza, non intrusività (l'elementi non perturbazioni nel campo di moto), possibilità di effettuare diverse attività di acquisizione lontano dalla zona di lavoro.

Svantaggi: maggior costo, possibilità di utilizzare lo strumento solo nell'intervallo di temperatura per il quale è stato progettato e tarato.

Chiaramente per l'ottenimento di misure affidabili, il dispositivo di misura deve essere usato da personale specializzato.

I dispositivi che misurano la T di un corpo senza entrare in contatto con esso si chiamano pirometri ottici; essi captano la radiazione emessa da un corpo a T > 0 K e la convertono in un segnale elettrico misurabile.

Il fenomeno dell'irraggiamento

È alla base del pirometro ottico, esso è definito come l'energia radiante emessa da un corpo a causa della sua temperatura.

Il trasporto dell'energia radiante viene eseguita da un’onda di tipo elettromagnetico la cui energia è legata alla sua stessa frequenza.

C = lunghezza d'onda, c = velocità della luce, = frequenza.

Le radiazioni termiche comprendono un range co1. < < 1000 .

Grandezze spettrali e grandezze totali

Definiamo grandezze spettrali → grandezze che dipendono da, definiamo grandezze totali → grandezze che non dipendono più da e che vanno determinate con un processo di integrazione delle grandezze spettrali.

Per esempio, l'entità totale E della radiazione emessa da un corpo data da è:.

L’entità della radiazione non dipende solo dalla lunghezza d’ond