VIZSGAKÉRDÉSEK ÉS VÁLASZOK ENERGETIKAI MÉRÉSEK TÁRGYBÓL, 2014

Átírás

1 VIZSGAKÉRDÉSEK ÉS VÁLASZOK ENERGETIKAI MÉRÉSEK TÁRGYBÓL, Milyen fizikai mennyiséget detektálnak, valamint milyen hullámhossztartományon reagálnak a hőmérsékletmérő kamerák? Alapja: Infravörös sugárzáson alapuló hőmérsékletmérés SPEKTRUM TAR- TOMÁNY Ultrarövidhullámú infravörös sugárzás Rövidhullámú infravörös sugárzás Hosszúhullámú infravörös sugárzás HULLÁMHOSSZ TARTOMÁNY (mikron) 0.7-2μm 2-6μm 6-20μm 2. Milyen jellegzetes két tartományt lehet elkülöníteni a hőmérsékletmérő kameráknál, és mire használható a két kameratípus? Rövidhullámhosszú tartomány: Csak rövidhullámú magas hőmérsékletű mérésekre (lásd ábra korábban). Üvegen keresztül történő mérés részben lehetséges. Hosszúhullámhoszú tartomány: Magas hullámhosszú kamerák, többnyire alacsony hőmérsékletre. Emellett számos nemfémes anyag viszonylag állandó emissziós tényezővel rendelkezik ebben a tartományban 1

2 3. Ábrázolja hogyan alakul az ideális fekete test sugárzása a hőmérséklet és hullámhossz függvényében és mi ennek jelentősége? Az ábrán jelölje a detektor által érzékelt tartományt. Egy adott hőmérsékleten az ábrán jelölt felületről kibocsájtott sugárzás az infravörös tartományban csak 200K és a 800K(1000K) tartományban fed le jelentős részt. Ebből azt vonhatjuk le következtetésnek, hogy minél nagyobb hullámhossztartomány kerül kibocsájtásra annál kevesebb infravörös sugárzás jut a detektorunkra, ami a valós hőmérsékletet nem tükrözi, így rossz eredményt ad. 4. Milyen értékű az emissziós, abszorpciós, transzmissziós és reflexiós tényező ideális tükör, ideális üveg, ideális fekete test és átláthatatlan test esetén? Leírás Jellemző Következmény Fekete test (ideális sugárzó) ε=1 τ=0; ρ=0 Ideális tükör ρ=1 ε=0; τ=0 Ideális ablak τ=1 ε=0; ρ=0 Átláthatatlan test τ=0 ε+ρ=1 5. Milyen befolyásoló tényezői lehetnek a termovíziós felvételek pontosságának, valamint ismertessen legalább 3 hibát, ami a nem megfelelően paraméterezett mérésből adódik. Befolyásoló tényezők: Anyag összetétel (felület minőség, bevonat, ) Felületi érdesség Hőmérséklet Beesési szög Polarizáció 2

3 Mérési hibák: Emissziós tényező, pontatlan megválasztása: A mérendőberendezés a mérőtárgyról érkező sugárzást csak részben kapja meg mely a transzmissziós közeg és egyéb befolyásoló tényezők határoznak meg. Emissziós tényező meghatározása méréssel történik. Külső sugárzás: Minél kisebb az emisszió annál jobban erősödik a reflexió. A transzmissziós közegben lévő külső nagyobb hőmérsékletű részek reflektálódhatnak a mérőtárgy felületén. Abszorpció, jelveszteség: A transzmissziós közegben létrejövő elnyelődési jelenség által okozott hiba. Háttérsugárzás: Amennyiben a mérendő tárgy a mögöttes sugárzást átengedi amennyiben a transzmissziós tényezője nagy. Ebben az esetben ezzel a sugárzással is számolnunk kell. 6. Milyen két működési elrendezésű kameratípust ismer? Letapogató hőkamera (1) detektor (2+5) objektív (3) vízszintes eltérítő tükör (4) függőleges eltérítő tükör (6) tárgy (7) mérésfelület Mátrixdetektoros hőkamera (1) detektor (2) objektív (3) tárgy 3

4 7. Mit jelent a hőmérsékletmérő kamerák esetén a geometriai felbontás? Részletezze ennek jelentőségét. Válaszát vázlat segítségével ismertesse! 4

5 1. Vázoljon fel egy, a szivattyúk jelleggörbe mérésére alkalmas mérőkört! M. áramlásmérő (m,q) T tachométer Δz p 1 p 2 M t T 1 1 n mérőtengely 2. Diagramban mutassa meg mely mennyiségeknek a Q térfogatáram függvényében való változását nevezzük a szivattyú jelleggörbéinek! H P H(Q) H N N P t (Q) n=áll. P(Q) N = max (Q) Q N Q 5

6 3. Diagramban mutassa meg a hatásfok kagyló szerkesztési módszerét! H affin parabola H(Q) Kagylódiagram (hatásfok kagyló) η 1 =const. η 2 =const. η n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 Q η 1 =const. η 2 =const. n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 Q 6

7 1. Osztályozza a szélcsatornákat a sebesség szerint: a. Hangsebesség alatti (Subsonic) v. alacsony sebességű szélcsatornák, (egyetemek iskolák, mert olcsó). b. Transzonikus szélcsatornák (Transonic),, (repülőgépek). c. Szuperszonikus szélcsatornák (Supersonic) (Laval-fúvóka!) (nagy teljesítmény szükséglet). d. Hiperszonikus (Hypersonic) (Laval-fúvóka). 2. Sebesség mérés lépései a szélcsatornában (Pitot csővel): a. A laborban lévő hőmérséklet és nyomás adatok mérése, illetve a szélcsatorna belsejében szintén a hőmérséklet és nyomás adatok rögzítése. b. Az előző adatok alapján a levegő sűrűségének a meghatározása. c. A szélcsatornában Pitot csővel az előre meghatározott helyeken a nyomáskülönbségeket meghatározása. d. Az alábbi egyenlet segítségével a sebesség kiszámítása: 3. Ismertesse az LDA mérés előnyeit és hátrányait! a. Az eljárás előnyös tulajdonságai a következőek: i. beavatkozás mentes mérést tesz lehetővé, ii. nagy térbeli és időbeli felbontás lehetséges, iii. nem igényel különösebb kalibrációt, iv. a sebesség mérési tartománya 0-tól szuperszonikus sebességig lehetséges, v. egy, kettő vagy három sebesség komponens egyidejű mérése lehetséges, vi. mérési távolság a néhány cm-től a méter nagyságig megoldható, vii. visszaáramlás mérésének lehetősége, viii. pillanatnyi és időben átlagolt mérési lehetőség egyaránt lehetséges. b. Az eljárás korlátai: i. csak pontbeli mérést tesz lehetővé, vagyis alkalmazásával síkbeli, vagy térbeli áramlásokat csak letapogatásos módszerrel lehet meghatározni, ii. időbeli változást csak adott pontban lehet vele követni, iii. megfelelő nyomjelző anyag szükséges. 7

8 4. Ismertesse a méréshez alkalmazott részecskék tulajdonságai (LDA és PIV mérésnél)! a. Folyadékok esetén sokszor maga a folyadék tartalmaz a méréshez elegendő mennyiségű és minőségű természetes részecskéket, de gázok esetén szükséges külső részecskék beadagolása a megfelelő mérés elvégzéséhez. b. Ideális esetben a részecskék elég kicsik ahhoz, hogy jól kövessék az áramlást, valamint elég nagyok ahhoz, hogy megfelelő fényszórást produkáljanak, amit a fotódetektor megfelelő jel és zaj arányban észlelni tud. c. A részecskék tipikus mérete az közötti tartományba esik. A részecske anyaga szilárd test (por) vagy folyadék (cseppek). Levegőben gyakran alkalmazott az olajköd. Folyadékban az üveg-gömbök használatosak. 5. Ismertesse a PIV rendszer és mérés sajátosságait! a. Beavatkozásmentes, de a méréshez mikron nagyságú részecskék szükségesek, amelyek az adott áramlással együtt mozognak. b. A mérés során az egyik legfontosabb tényező a részecskék nagysága és minősége, mivel a rendszer a részecskék követésével tudja meghatározni a mérni kívánt keresztmetszetben kialakult sebességmezőt. c. Mérhető sebességtartomány: zéró sebességtől egészen szuperszonikus sebességig. d. Mérési keresztmetszetben kialakult változó sebességmező meghatározása. e. Mindhárom sebességkomponens meghatározásának lehetősége a háromdimenziós rendszer alkalmazása esetén. f. Sebességmezők sorozatának elemzési lehetősége: statisztika, térbeli korreláció és egyéb más jellemző adat elérhető a mérési eredményekből. 8

9 1. Vázolja fel a ventilátor jelleggörbe mérésére kiépített mérőkört! 2. Milyen mennyiségeket kell mérni a ventilátor jelleggörbe felrajzolásához? beszívott légsebesség ; légköri nyomás ; a ventilátor által előállított nyomáskülönbség ; a ventilátor agregát által felvett villamos teljesítmény ; fordulatszám ; léghőmérséklet ; a ventilátor által kifújt levegő hőmérséklete. 9

10 1. Mutassa be a CTA mérés előnyeit és hátrányait előnyök: - magas mintavételezési frekvencia szondatípustól függően (több 10 khz) - Nagyon alacsony zaj-jel arány (1/10000) - A magas mintavételezési frekvencia miatt kimondottan előnyös turbulens áramlások méréséhez - számítógép-vezérelt adatgyűjtés, jelfeldolgozás - az áramlás átlag- és fluktuáló jellemzőinek mérése - magas térbeli felbontás valósítható meg - szondától függően 1, 2, 3D sebességkomponens-mérések hátrányok: - csak pontbeli mérés valósítható meg, így hosszú ideig tart a teljes keresztmetszet kimérése - csak tiszta közegek mérésére alkalmas - a szondán található drótszál(ak) könnyen sérülnek - változó hőmérsékletű áramlás nehezen mérhető 2. Magyarázza el a CTA mérés elvét A CTA a Constant Temperature Anemometry rövidítése, magyarul állandó hőmérsékletű légsebességmérés. Vázlata alább látható, vizsgán visszakérhető (magyarul). Működés: Az elektronika egy bizonyos hőmérsékletre fűti fel a szondán található drótszálat. Ezt a drótszálat az áramlás konvekció útján próbálja elhűteni. Ennek a hűlésnek a hatására csökken a drótszál ellenállása, mely eredményeként a Wheatstone-híd kilendül az egyensúlyi állapotából. Ez feszültségkülönbséget hoz létre, mely egy erősítőre jut. Az erősítő így nagyobb áramot hajt át a szonda drótszálán, mely visszamelegíti azt, így növelve az ellenállását, mely hatására a Wheatstone-híd újra egyensúlyi helyzetbe kerül. A szabályozó feszültség változásait érzékeli a rendszer, mely egy A/D átalakítón keresztül jut a számítógépbe további feldolgozásra. Az előzőleg elkészített kalibrációs függvényt felhasználva kapunk sebességértékeket. 10

11 3. Ábra segítségével mutassa be egy ventilátor-aggregát áramlástechnikai paramétereinek méréséhez használható mérőkör felépítését, nevezze meg annak részeit! 11