Temperaturbestimmung von flüssigem Metall

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1 Temperaturbestimmung von flüssigem Metall FA3 Kolloquium Magdeburg Magdeburg 12. März 2013 Gregor Gött Ruslan Kozakov Dirk Uhrlandt Heinz Schöpp Andreas Sperl

2 Überblick Theoretischer Hintergrund Spectrale Radiance L λ in W m -2 nm -1 sr Sun 10 4 Bulb Iron 10 3 Lava Pan 10 2 Dog Wafelength λ in µm Methode und Versuchsaufbau Resultate Zusammenfassung G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

3 Thermische Strahlung steigende Temperatur Quelle: SOHO ~5780 K (Sonne) Änderung der Emission Foto: Ludger Koch ~3000 K (Glühbirne) Quelle: Axel M. Mosler ~1900 K (Eisen) Foto: Gregor Gött ~1400 K (Lava) Foto: Heidi Schneider Foto: Gregor Gött ~500 K (Pfanne) ~310 K (Tier) G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

4 Emission des Schwarzen Strahlers N:\Publikationen\2 012\ _IIW_Denver_U SA_(Gregor)\Vortr ag\edit Er ist der ideale Strahler: er emittiert genauso viel oder mehr Energie bei jeder Frequenz wie jeder andere Körper bei gleicher Temperatur 1) Es handelt sich um einen diffusen Strahler: die Energie wird isotrop abgestrahlt, unabhängig von der Richtung. 1) Spectrale Radiance L λ in W m -2 nm -1 sr hc L( λ, T ) = 5 λ 2 e 1 hc λkt Sun 10 4 Bulb Iron 10 3 Lava Pan 10 2 Dog Wafelength λ in µm 1) Mahmoud Massoud (2005). " 2.1 Blackbody radiation Springer. p ISBN G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

5 Theorie Festkörper Spektrale Strahlstärke eines Festkörpers L( λ, T ) = 2hc 5 λ 2 e 1 hc λkt 1 N:\Publikationen\2 012\ _IIW_Denver_U SA_(Gregor)\Vortr ag\edit Spectrale Radiance L λ in W m -2 nm -1 sr Planck-Funktion 10 5 = = 0.7 = = 0.3 = Wafelength λ in µm G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

6 Theorie Festkörper Spektrale Strahlstärke eines Festkörpers L( λ, T ) = ε ( λ, T ) 2hc 5 λ 2 e 1 hc λkt 1 Emissivität Planck-Funktion N:\Publikationen\2 012\ _IIW_Denver_U SA_(Gregor)\Vortr ag\edit Spectrale Radiance L λ in W m -2 nm -1 sr = = 0.7 = = 0.3 = Wafelength λ in µm G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

7 Schmelze = Schwarzer oder Grauer Strahler? Schweißbad scheint sich aufzuwärmen, nachdem der Prozess beendet ist? N:\Publikationen\2 012\ _IIW_Denver_U SA_(Gregor)\Vortr ag\edit G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

8 Schmelze = Schwarzer oder Grauer Strahler? Wärmebilder können fehlerhaft sein Und sie sind langsam N:\Publikationen\2 012\ _IIW_Denver_U SA_(Gregor)\Vortr ag\edit G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

9 Diagnostiken Hochgeschwindigkeit Spektrometer mit Intensivierter Kamera G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

10 Messaufbau Spektrometer: Sichtlinie im hohen Winkel (>80 ) am Brenner vorbei Beobachtungsgebiet: 12 mm MIF 725 nm G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

11 Planck Fit der Spektren L λ = ε ( T ) 2h c 5 λ 2 1 hc exp λ kt 1 N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 L λ in W m -2 nm -1 sr -1 2 Parameter-Fit: ε, T measured radiance Planck-function 1996 K, ε = at position 4.3 mm λ in nm G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

12 Planck Fit der Spektren L λ = ε ( T ) 2h c 5 λ 2 1 hc exp λ kt 1 N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 L λ in W m -2 nm -1 sr -1 2 Parameter-Fit: ε, T measured radiance Planck-function 1996 K, ε = at position 4.3 mm λ in nm G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

13 Fit-Ergebnisse measured radiance Planck-function 1996 K, ε = at position 4.3 mm L λ in W m -2 nm -1 sr λ in nm Position in px Position in px N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01\spe P\FitSpec1 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

14 Fit-Ergebnisse N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01\spe P\FitSpec Position in 0.30 px Position in px G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

15 Fit-Ergebnisse N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01\spe P\FitSpec G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

16 ε(t) Abhängigkeit N:\Messplätze\ Schweißlichtbo gen(e.56)\200 N:\Messplätze\Sc 9_MSG- hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts Lichtbogen(DD chweissenii(dd9 9139)\ )\Dipl-Arbeit- 18-MSG_difheights\Auswer Sperl\WIG\20101 Andreas- 202_Schmelzbad tung\temperat _S235\Auswertun ures\04_temp g\101208_01\spe eratures P\FitSpec G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

17 Temperaturfelder T = h c λ k ln ε L 2hc 5 λ ε(t)= N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

18 Temperaturfelder T = h c λ k ln ε L 2hc 5 λ N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

19 Temperaturfelder T = h c λ k ln ε L 2hc 5 λ N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

20 Temperaturfelder T = h c λ k ln ε L 2hc 5 λ N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

21 Temperaturfelder T = h c λ k ln ε L 2hc 5 λ N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

22 Temperaturfelder T = h c λ k ln ε L 2hc 5 λ N:\Messplätze\Sc hweißlichtbogen( E.56)\2011_Kalts chweissenii(dd9 592)\Dipl-Arbeit- Andreas- Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_01 G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

23 Korrigierte Emissivität Kelvin N:\Publikationen\ 2012\ _IIW_Denver_ USA_(Gregor)\Vo rtrag\edit\schmel zbad\rechnen\ G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

24 Korrigierte Emissivität Kelvin N:\Publikationen\ 2012\ _IIW_Denver_ USA_(Gregor)\Vo rtrag\edit\schmel zbad\rechnen\ G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

25 Korrigierte Emissivität Kelvin N:\Publikationen\ 2012\ _IIW_Denver_ USA_(Gregor)\Vo rtrag\edit\schmel zbad\rechnen\ Schlacke kühlt sich durch höhere Abstrahlung G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

26 Anwendung auf einen Schweißprozess G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

27 Anwendung auf einen Schweißprozess Kelvin N:\Publikationen\ N:\Messplätze\Sc 2012\2012- hweißlichtbogen( 07_IIW_Denver_ E.56)\2011_Kalts USA_(Gregor)\Vo chweissenii(dd9 rtrag\edit\schmel 592)\Dipl-Arbeitzbad\Rechnen\C Andreas- MT Sperl\WIG\ _Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_ G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

28 Anwendung auf einen Schweißprozess CO 2 Ar+18%CO 2 He Ar+6%H 2 N:\Publikationen\ N:\Messplätze\Sc 2012\2012- hweißlichtbogen( 07_IIW_Denver_ E.56)\2011_Kalts USA_(Gregor)\Vo chweissenii(dd9 rtrag\edit\schmel 592)\Dipl-Arbeitzbad\Rechnen\C Andreas- MT Sperl\WIG\20101 Kelvin 202_Schmelzbad _S235\Auswertun g\101208_ G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

29 Zusammenfassung Oberflächentemperaturbestimmung ist nicht einfach Die Emissivität muss für jede Oberflächenart bestimmt werden Hell bedeutet nicht zwangsläufig Heiß G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg

30 Danke für die Aufmerksamkeit! KontaKt: INP-Greifswald Gregor Gött Felix-Hausdorff-Straße 2, Greifswald, Germany Tel: Fax: G.Gött FA3 Kolloquium Magdeburg