Procesteknologi Sporbar måling af overfladetemperatur Et nyt setup hos Teknologisk Institut til kalibrering af overfladetermometre gør det nu muligt at forbedre reproducerbarheden markant på måling af overfladetemperaturen i industrielle processer. Læs her om, hvad man skal gøre for at udføre sporbare målinger af temperaturen på en overflade og dermed opnå effektiv og reproducerbar processtyring Af Søren Lindholt Andersen og Javier Ignacio Camacho For at opnå reproducerbarhed på industrielle procesmålinger skal man sikre sig, at de målinger - der udføres ude i processen - er metrologisk sporbare. Måler man således en overfladetemperatur som et led i en proces, skal den målte temperatur kunne spores tilbage til en reference på et højere niveau. Den beregnede usikkerhed skal afspejle bidrag fra både kalibreringen af føleren og det miljø, som målingen udføres i, for at sikre reproducerbarhed på den udførte procesmåling. Det er de miljømæssige påvirkninger af målingen, som gør det svært at sikre sporbarheden. Måling af overfladetemperatur er essentielt i en række industrielle processer fra pre- og post-varmebehandling i forbindelse med svejsning, styring af temperaturen af støbeforme, monitorering af overfladetemperaturen på bremseskiver og til indirekte bestemmelse af temperaturen af mediet inde i et procesrør. Alligevel findes der endnu ikke nogen bredt accepteret metode til måling af en overfladetemperatur, og kalibrering af overfladetermometre sker ofte i traditionelle kalibreringsbade eller tørblokkalibratorer. Når de miljømæssige faktorer ikke afspejles i kalibreringen af overfladeføleren, kan de faktiske systematiske fejl på målingen i processen være langt større, end man umiddelbart skulle tro. I det måletekniske EU-projekt, EMPRESS, har Teknologisk Institut sammen med en række europæiske partnere arbejdet med at udvikle nyt referenceudstyr og nye metoder til kalibrering og måling af overfladetemperatur. Arbejdet udspringer af dokumenterede behov i fremstillingsindustrien og har til formål at bringe »ægte« sporbarhed på måling af en overflades temperatur helt ud i de industrielle processer. Brug af kontakttermometre Temperaturmåling på en overflade kan traditionelt ske på to forskellige måder: Enten med et kontakttermometer, hvor en føler er i kontakt med overfladen - eller med en infrarød overfladetemperaturmåling, hvor den varmestråling, der udsendes fra overfladen, er et mål for overfladetemperaturen. Fælles for de to metoder er, at der er udfordringer, som gør det svært at sikre sporbarhed helt ud til temperaturen af emnet, man måler på. Når man skal måle en overfladetemperatur med et kontakttermometer, kan man ikke undgå at ændre den temperatur, man forsøger at måle, idet man udfører målingen - en effekt som er afhængig af både termometerets design og den overflade, man skal måle på. Når man derimod skal måle en infrarød temperatur, er det manglende kendskab til overfladens strålingsevne, emmisiviteten, som vanskeliggør målingen. I begge tilfælde er det de temperaturforskelle, som uundgåeligt er til stede mellem emnet og omgivelserne, der skaber en varmetransport, som er svær at kontrollere. I det følgende fokuseres på kontakttermometeret. • Ønsket om termodynamisk ligevægt Når man kalibrerer termometre, gør man det oftest under betingelser, der er så tæt på termodynamisk ligevægt som muligt. Man venter til systemet er stabilt. På samme måde skal man forsøge at udføre sine temperaturmålinger i processen på en måde, hvor temperaturen af sensoren og temperaturen af det medie, man gerne vil kende temperaturen på, er så tæt på hinanden som muligt. Man stræber mod den termodynamiske ligevægt. Det er imidlertid ikke så let; det er udfordrende at opnå ligevægt mellem sensor og medie i en dynamisk proces. Her må man gøre det så godt, man kan, og sætte realistiske usikkerheder på sine målinger, så man tager højde for de udsving, som det dynamiske miljø skaber. Generelt kan man sige, at usikkerheden er bygget op af et kalibreringsbidrag og et bidrag fra de omgivelser, målingen er udført i, hvor omgivelsesbidraget ofte betyder mest (se Teknisk Nyt #6 2017). Når man måler overfladetemperatur, har man en situation, hvor man pr. definition ikke kan have termodynamisk ligevægt. Hvad gør man så? For at skabe ægte sporbarhed på en overfladetemperaturmåling i en proces må man på bedste vis forsøge at efterligne omgivelserne ved en brugssituation under kontrollerbare betingelser for kalibreringen af den føler, man anvender. Dermed kan de ellers ukendte systematiske fejl, som optræder under målingen i processen, styres, så man enten kan korrigere for dem eller medtage dem i usikkerheden på målingen. 24 teknisk nyt nr. 3 - 2019 M
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Teknisk Nyt her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her