SNEHT
Přímá optická metoda pro měření spektrální emisivity v závislosti na teplotě.
Základními částmi experimentálního uspořádání metody jsou FTIR spektrometr, laboratorní černé těleso, laserový systém pro ohřev vzorků a systém pro kontaktní a bezkontaktní měření povrchové teploty vzorku. Metoda umožňuje analyzovat jak objemové materiály, tak vzorky povlaků v rozsahu teplot 250°C až 1000 °C a vlnových délek 1.38 až 26 um.
Metoda vyvinutá naším týmem
Tato měřicí metoda je výsledkem našeho výzkumu.
Unikátní výsledek mezinárodního významu
Ohodnoceno dle metodiky M17+
Poptávána pro výzkumné spolupráce po celém světě
Metodu využívají přední světové společnosti, univerzitní pracoviště a výzkumná centra.
Podrobná specifikace
Měřící aparatura
Popis měřící aparatury
Referenční zdroj záření a vzorek jsou umístěny vně spektrometru proti sobě. V polovině vzdálenosti mezi nimi je vloženo otočné parabolické zrcadlo, které zajišťuje sběr záření střídavě z obou zdrojů při zachování shodné optické dráhy. Sebrané záření ze zdroje dopadá přes externí port (možno uzavřít motorizovanou clonkou) a vzorkový prostor (apertury) spektrometru na jeho detektor. Optická dráha je umístěna v optickém boxu, teplota optického boxu je kontrolována ve dvou místech (v blízkosti skenovací hlavy laseru pro ohřev vzorku a v místě mezi vzorkem a termovizní kamery) neplášťovanými kalibrovanými termočlánky.
Měřený vzorek je umístěn v držáku z keramické vláknité izolace, který je uchycený na optickou desku tak, aby bylo možné pomocí lineárních mikroposuvů a optické tyčky zajistit jeho přesnou pozici. Ohřev vzorku je realizován vláknovým laserem se skenovací hlavou. Regulací výkonu laseru je dosaženo požadované teploty vzorku, vhodnou volbou časoprostrového průběhu laserového paprsku po zadní straně vzorku pak homogenního teplotního pole přední strany vzorku.
Povrchová teplota vzorku je měřena několika metodami. První metoda využívá termovizní kameru a referenční povlak se známou efektivní emisivitou nanesený na polovinu každého vzorku. Další metoda je založena na kontaktním měření teploty termočlánky přivařenými na povrch každého vzorku. Poslední metoda kombinuje Christiansenův efekt s kontaktními a bezkontaktními systémy měření teploty.
Složení měřící aparatury
| detekční systém | FTIR spektrometr Nicolet 6700 |
| referenční zdroj záření | laboratorní černé těleso Pegasus R970 |
| laserový systém ohřevu vzorku | 1kW vláknový laser, skenovací hlava |
| systém měření povrchové teploty vzorku | termovizní kamera FLIR A320, (termočlánkový měřicí systém Adam 4018) |
| optomechanické komponenty | držák vzorků, motorizované a ruční mikroposuvy, motorizovaná clonka, trasovací lasery, termočlánky, otočné parabolické zrcadlo, apertury, optický box |
Specifikace
Rozsahy teplot
250 až 1000°C v závislosti na měřeném vzorku (tvaru, velikosti, tepelné vodivosti)
Rozsahy vlnových délek
| 300°C | 2.5 až 26 μm |
| 400°C | 2.0 až 26 μm |
| 500°C | 1.8 až 26 μm |
| 600°C | 1.66 až 26 μm |
| > 700°C | 1.38 až 26 μm |
Měřená veličina
- spektrální normálová emisivita
Počítané veličiny
- pásmová normálová emisivita
- totální normálová emisivita
- spektrální normálová pohltivost
- pásmová normálová pohltivost
- integrovaná normálová pohltivost
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
- izolační materiály
Rozměry a tvary vzorky
Standardní vzorky
| A1 | kruhové vzorky o průměru 25 mm a tloušťce 5 mm (standardně používané substráty – žáruvzdorná ocel ČSN 41 7153, tryskaná čelní strana) |
Nestandardní vzorky
| B1 | kruhové vzorky o průměru 18 až 30 mm a tloušťce 0.5 až 5 mm |
| B2 | čtvercové vzorky o hraně 18 až 30 mm a tloušťce 0.5 až 5 mm |
| B3 | čtvercové vzorky malého zakřivení o hranách 18 až 30 mm a tloušťce 0.5 až 5 mm |
| B4 | individuální rozměry a tvary vzorků |
Další požadavky na vzorky
- analyzované objemové materiály a substráty nesmí propouštět záření o vlnové délce 1064 nm a musí odolávat požadovanému teplotnímu zatížení
- maximální drsnost části vzorku, na kterou bude aplikován referenční povlak Ra = 5 μm, Rz = 35 μm
Teplotní režimy
Časově-teplotní režimy měření
| režim 1 | krokový ohřev jednoho vzorku – zvyšování teploty od 300°C do 1000°C s teplotním krokem 100°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
Výstup metody
- spektrální normálová emisivita – grafické zobrazení spektrálního průběhu emisivity (samostatně pro každé měření) a data v elektronické podobě;
- spektrum je v pásmech 2.5 až 2.95 μm, 4.17 až 4.5 μm, 4.8 až 7.9 μm a 13.2 až 17.2 μm ovlivněno pohltivostí atmosféry (vyšší nejistota měření)
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 včetně nejistoty měření
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