EDEHT
Metoda pro měření efektivní směrové emisivity v závislosti na teplotě, tj. emisivitu vzorku platnou pro daný měřicí systém.
Základními částmi experimentálního uspořádání metody je systém pro ohřev vzorků, systém pro kontaktní a bezkontaktní měření povrchové teploty vzorku, kovová konstrukce spohyblivým ramenem a infradetektor – termovizní kamera nebo pyrometr. Metoda umožňuje analyzovat jak objemové materiály, tak vzorky povlaků pod úhlem 5° až 85° vůči normále povrchu vzorku. Vzorky je možné měřit v teplotním rozsahu 100°C až 1000°C. Pásmo vlnových délek je definováno použitým infradetektorem (standardně 7.5 μm až 14 μm).
Využití Metody
Efektivní směrová emisivita je emisivita vzorku platná pro konkrétní měřicí přístroj (termovizní kamera/pyrometr) a úhel vyzařování k normále povrchu vzorku. Každý měřicí přístroj se vyznačuje rozdílnou spektrální citlivostí. Z tohoto důvodu se emisivita daného vzorku může lišit v určitém pásmu vlnových délek pro každý měřicí přístroj. Emisivita se mj. mění také s úhlem snímání, rozdílně pro různé materiály. Změny jsou patrné již při úhlech větších než 20° od normály k povrchu, výrazné změny se projevují při úhlech větších než 60°. Správná hodnota emisivity pro daný úhel snímání a měřicí přístroj (efektivní směrová emisivita) je proto důležitá pro správné měření povrchové teploty.
Měřicí metoda EDEHT je založena na snímání teplotního pole vzorku pomocí zvolené termovizní kamery pod zvoleným úhlem od normály k povrchu, vše v závislosti na teplotě. Metodou známé teploty je možné při známé teplotě povrchu vzorku vyhodnotit efektivní emisivitu pro zvolenou termovizní kameru a úhel snímání.
Měřící aparatura
Standardní složení měřicí aparatury
| systém ohřevu vzorku | titanová topná deska a regulátor teploty (nízkoteplotní zatížení vzorků), 5 kW laserový systém se skenovací hlavou (vysokoteplotní zatížení vzorků) |
| systém měření povrchové teploty vzorku | termovizní kamera FLIR A320, (termočlánkový měřicí systém) |
| detekční systém | termovizní kamera FLIR A615 |
| optomechanické komponenty | kovová konstrukce s pohyblivým ramenem, lineární posuvy |
Popis měřící soustavy
Nízkoteplotní zatížení vzorků: Pro ohřev vzorků je používán plošný zdroj tepla (např. titanová topná deska), na jeho povrchu je umístěn měřený vzorek. Teplota vzorku je regulována výkonem tepelného zdroje. Povrchová teplota vzorku je měřena dvěma metodami. První standardní metoda využívá termovizní kameru A320 a referenční povlak se známou efektivní emisivitou nanesený na polovinu každého vzorku. Kamera snímá vyzařování vzorku pod úhlem 10° k normále povrchu vzorku. Druhá metoda je založena na kontaktním měření teploty termočlánky přivařenými na povrch každého vzorku.
Vysokoteplotní zatížení vzorků: Měřený vzorek je umístěn v držáku z keramické vláknité izolace, který je uchycený na optickou desku tak, aby bylo možné pomocí lineárních posuvů zajistit jeho přesnou pozici. Ohřev vzorku je realizován vysokovýkonným laserem se skenovací hlavou. Regulací výkonu laseru je dosaženo požadované teploty vzorku, vhodnou volbou časoprostrového průběhu laserového paprsku po přední straně vzorku pak homogenního teplotního pole. Povrchová teplota vzorku je měřena pomocí termovizní kamery A320 a referenčního povlaku se známou efektivní emisivitou naneseného na polovinu každého vzorku. Kamera snímá vyzařování vzorku pod úhlem 20° k normále povrchu vzorku.
V obou případech, vyzařování vzorku je standardně detekováno termovizní kamerou FLIR A615, která je uchycena na pohyblivém rameni kovové konstrukce. Rameno umožňuje pohyb kamery (detekci záření) v přesně definovaných úhlech k normále povrchu vzorku v rozmezí 5° až 85° s krokem 5°. Kromě kamery FLIR A615, je možné použít jiné termovizní kamery či pyrometry z našeho portfolia technického vybavení či bezkontaktní snímače teploty dodané zákazníkem.
Specifikace
Detekční systémy
| Systém | pásmo vlnových délek | teplotní rozsah |
|---|---|---|
| Standardní | ||
| termovizní kamera FLIR A615 | 7.5 μm až 14 μm | -40°C až 2000°C |
| Nestandardní | ||
| termovizní kamera FLIR A320 | 7.5 μm až 13 μm | -20°C až 1200°C |
| termovizní kamera Optris PI 400 | 7.5 μm až 13 μm | -20°C až 1500°C |
| termovizní kamera Micro-Epsilon ThermoIMAGER TIM 160 | 7.5 μm až 13 μm | -20°C až 900°C |
| termovizní kamera LumaSense MIKRON MCS640 | 780 nm až 1080 nm | 800 až 3000°C |
| termovizní kamera FLIR SC7650 | 3 μm až 5 μm | 5°C až 300°C |
| pyrometry a termovizní kamery dodané zákazníkem |
Pásma vlnových délek
- v závislosti na detekčním systému, standardně 7.5 μm až 14 μm
Rozsahy teplot
- 100°C až 1000 °C v závislosti na detekčním systému a měřeném vzorku (tvaru, velikosti)
- 100°C až 350°C nízkoteplotní zatížení vzorků
- 300°až 1000°C vysokoteplotní zatížení vzorků
Rozsahy úhlu snímání
- 5° až 85° s krokem 5°
Měřená veličina
- efektivní směrová emisivita
Vzorky
Analyzované materiály
- nepropustné povlaky (tloušťka řádově desítky až stovky mikrometrů) na objemovém substrátu
- propustné povlaky (tloušťka řádově desítky až stovky mikrometrů) na nepropustném objemovém substrátu (měřena je emisivita soustavy povlak – substrát)
- objemové keramiky
- kovy
Rozměry a tvary vzorků
Další požadavky na vzorky
- analyzované objemové materiály a substráty musí alespoň částečně pohlcovat záření o vlnové délce 1030 nm (vysokoteplotní zatížení vzorků) a musí odolávat požadovanému teplotnímu zatížení
- maximální drsnost části vzorku, na kterou bude aplikován referenční povlak Ra = 5 μm, Rz = 35 μm
- všechny vzorky musí být rovinné
standardní vzorky
| A1 | kruhové vzorky o průměru 25 mm a tloušťce 5 mm (nízkoteplotní zatížení vzorků) |
| A2 | kruhové vzorky o průměru 25 mm a tloušťce 5 mm (objemové materiály, substráty) + povlak o průměru 21 mm ve středu vzorku (vysokoteplotní zatížení vzorků), standardně používané substráty – žáruvzdorná ocel ČSN 41 7153, tryskaná čelní strana |
nestandardní vzorky
pouze nízkoteplotní zatížení vzorků
| B1 | kruhové vzorky o průměru 18 až 40 mm a tloušťce 0.5 až 5 mm |
| B2 | čtvercové vzorky o hraně 18 až 40 mm a tloušťce 0.5 až 5 mm |
Režimy
Časově-teplotní režimy měření
| režim 1 | krokový ohřev jednoho vzorku – zvyšování teploty od 100°C do 1000°C s teplotním krokem 100°C (50°C) |
| režim 2 | ohřev jednoho vzorku s teplotním cyklováním – vychlazení na pokojovou teplotu před zvýšením teploty na další teplotní úroveň |
| režim 3 | ohřev nového vzorku na každou teplotní úroveň – nový vzorek ohříván od pokojové teploty přímo na další teplotní úroveň |
| režim 4 | individuální časový a teplotní režim – zadavatelem definována sekvence časových a teplotních kroků ohřevu vzorku a měření emisivity |
Výstupy
Výstupy metody
- efektivní směrová emisivita – grafické zobrazení směrového průběhu emisivity (samostatně pro každou teplotní úroveň) a data v elektronické podobě
- teplotní závislost efektivní směrové emisivity – grafické zobrazené teplotní závislosti efektivní směrové emisivity (samostatně pro každý směr vyzařování) a data v elektronické podobě
Předané výsledky
základní
- protokol z měření v elektronické podobě ve formátu PDF, případně také v tištěné podobě – příklad
- soubor ve formátu XLSX, který obsahuje protokol z měření v elektronické podobě a hodnoty emisivity
- soubor ve formátu XLSX, který obsahuje souhrn hodnot emisivity v elektronické podobě
rozšířené
- technická zpráva v elektronické podobě ve formátu PDF, případně také v tištěné podobě; obsahuje popis metody a postupu měření, měřené vzorky, souhrn výsledků všech měření, diskusi výsledků a závěry výzkumu
