Dokumenteringar av mätningar med TLC (Thermocrome liquid crystals)

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Dokumenteringar av mätningar med TLC (Thermocrome liquid crystals)"

Ulrika Ivarsson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Dokumenteringar av mätningar med TLC (Thermocrome liquid crystals) Utförda under hösten -99. KTH Energiteknik, Brinellvägen 60, klimatkammare 3 av Erik Björk Sammanfattning Mätningar utfördes med s.k. Termokroma flytande kristaller applicerade på ett vanligt kylskåps standardförångare. Härigenom kunde förångarens temperaturfält i viss mån åskådliggöras. En temperaturdifferens på ca 0,2 C uppmättes mellan köldmediekanalen och dess beflänsade omgivning. Metoden är ganska svåranvändbar. Bl.a. måste kalibrering utföras under rådande förhållanden (inställningar, belysning, vinkel, avstånd, färgtjocklek m.m.) vilket var svårt bl.a. därför att en relativt stor yta betraktades som var ojämnt belyst. Ett annat problem var färglagrets tjocklek som kanske varierade utöver ytan och störningar från frostpåslag på förångaren som gjorde tolkningen färg till temperatur svår. Bakgrund Efter mätningar på det sk typskåpet ER8893C med infraröd kamera.(temperature measurement on Z-bond evaporator using IR-camera. Erik Björk ) visade det sig att den betraktade förångaren i stort sett var isoterm under stationära förhållanden och att IR-kamerans upplösning ej var tillräcklig för att åskådliggöra individuella köldmediekanaler. I teorin erbjuder termokroma flytande kristaller en hög temperaturupplösning. T.ex. ger ett omslagsintervall från blått till rött på 1 C en upplösning på 1/256=0,004 C om en omtolkning från färg till temperatur på 256 steg kan göras. Inkapslade flytande kristaller på vätskeform inköptes från Hallcrest i England med ett smalt temperaturfönster (blått till rött) på 17,9 till 19,9 C. Våglängd RÖD>> GUL> GRÖN>> BLÅ>> -19,9 C -17,9 Termokroma flytande kristaller temperatur till färg Temperatur 1

Metoden är ganska svåranvändbar. Bl.a. måste kalibrering utföras under rådande förhållanden (inställningar, belysning, vinkel, avstånd, färgtjocklek m.m.) vilket var svårt bl.a. därför att en relativt stor yta betraktades som var ojämnt belyst.

2 Mätningarnas utförande Förångaren av typ bond i standardskåpet ER8893C grundmålades med svart ogenomskinlig färg. Ovanpå detta sprayades den transparenta färgen med de inkapslade termokroma flytande kristallerna. En videokamera anslöts till PC så att bilder kunde lagras i datorn. Kameran försågs med ett vitt ringljus och monterades i en öppning i kylskåpsdörren. Öppningen isolerades för minsta möjliga temperaturinläckning. Temperaturen mättes med termoelement typ T för att möjliggöra kalibrering. Mätningarna utfördes i klimatkammare med varierbar omgivningstemperatur. Efter kalibrering som utfördes vid olika temperaturer balanserades förångarens temperatur in i de termokroma flytande kristallernas temperaturfönster (dvs 17,9 till 19,9 C) genom att omgivningens temperatur justerades. Mätningarna utfördes alltså under stationära förhållanden. Isolerad låda kylskåp Kamera med ringljus Mätdator temperatur Mätdator färganalys Mätuppställning för TLC 2

Kameran försågs med ett vitt ringljus och monterades i en öppning i kylskåpsdörren. Öppningen isolerades för minsta möjliga temperaturinläckning.

3 Kalibrering. Vid kalibreringen filmades förångaren samtidigt som temperaturen uppmättes med termoelement. Genom att knyta samman färgtonen med uppmätt temperatur i samma punkt på förångaren erhölls en kalibreringskurva. I mätdatorn omvandlades pixlarna i den erhållna bilden till sk hue-värden (färgton). Det visade sig att metodens geometriska upplösning var begränsad då pixlarna inom ett visst isotermt område spred med avseende på färgton. Tydligen måste ett område betraktas (ej tillräckligt med en pixel) för att erhålla ett stabilt medelvärde på färgtonen. Vid kalibreringen analyserades områden på ca 1 cm i diameter. Ett problem som uppstod var frostpåslag på förångaren. Innan kalibreringen torkades därför förångaren och en kompressoravfuktare användes i klimatkammaren för att åstadkomma torraste möjliga klimat. Kalibreringen utfördes under s.k. pull down d.v.s. direkt efter start. Färgtonsfördelning inom området Exempel på analys av färgton på pixlar inom ett område 3

Det visade sig att metodens geometriska upplösning var begränsad då pixlarna inom ett visst isotermt område spred med avseende på färgton.

4 Kalibreringskurva LC evap low 100 fär gt on 80 (h ue) C 6/80=0,075 C upplösning Temperatur C (från termoelement) Kalibringskurva TLC Kalibreringen gav en temperaturupplösning på ca 0,075 C med antagande om linjärt samband temperatur - färgton. Ur diagrammet framgår att omslagsintervallet sträckte sig under 20 C och totalt var ca 6 C. Resultat Färgtonen tolkades i rektangulära fält som placerades på, respektive under och över köldmediekanalen. Placering Färgton Temperaturdifferens till (medelvärde) köldmediekanal (K) Över 144,7 0,248 På köldmediekanal 141,4 0 Under 144,1 0,202 Temperaturdifferensen till över- resp. undersida av kanal är alltså ca 0,2 C. Ingen feluppskattning har utförts se dock kommentarer till mätning. 4

Resultat Färgtonen tolkades i rektangulära fält som placerades på, respektive under och över köldmediekanalen.

5 Färgtonsfördelning över kanal Färgtonsfördelning på kanal 5

6 Färgtonsfördelning under kanal Kommentarer till mätning Metoden var relativt svåranvänd. Att applicera en genomskinlig färg i ett jämnt tunt skikt över en stor yta är svårt. Frostpåslag på förångaren gav störningar i färgtonsspektrat. Metoden är alltså olämplig vid låga temperaturer såvida ej ett tillräckligt torrt klimat kan erhållas. Ojämnheter i belysningen visade sig också påverka den genom färgtonen översatta temperaturen. Genom att variera belysningens intensitet visades att färgtonen ändrades och därmed den analyserade temperaturen. (belysningens strålningsvärme var lågt då det leds via optisk kabel) 6

Metoden är alltså olämplig vid låga temperaturer såvida ej ett tillräckligt torrt klimat kan erhållas.

7 Nedanstående något förbryllande kalibreringskurvor för två olika positioner på förångaren erhölls vid en tidigare mätuppställning där belysningen och kameran placerades på större avstånd från förångaren. Förmodligen blev här förångaren ojämnt upplyst genom reflexer vilket ledde till två kalibreringskurvor. Under dessa förhållanden (längre avstånd) blev dessutom signal/brusförhållandet sämre vilket gav en lägre temperaturupplösning. Dubbla kalibreringskurvor för två olika positioner Slutsats Under bästa signal brusförhållande gav denna metod en temperaturupplösning på ca 0,075 C. Temperaturen över och under köldmediekanalen var ca 0,2 C högre än mitt på köldmediekanalen. Detta kan tyda på att kokning sker utöver hela förångarkanalen dvs att förångarkanalen är fullständigt vätt. Som mätmetod är TLC ganska svåranvänd. Ett mer direkt och flexibelt åskådliggörande av temperaturfältet erhålls med en IR-kamera. Erik Björk

Under dessa förhållanden (längre avstånd) blev dessutom signal/brusförhållandet sämre vilket gav en lägre temperaturupplösning.

Relevanta dokument

Erik Björk Tillämpad termodynamik och kylteknik KTH

Effektiva förångare till kyl- och frysskåp Erik Björk Tillämpad termodynamik och kylteknik KTH Sammanfattning Projektet syftar till att finna samband för värmeövergång och tryckfall i kyl- och frysskåps