Metoda EDEHT

Metoda měření efektivní směrové emisivity za vysoké teploty

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.

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 měřicí aparatury

Schéma uspořádání metody EDEHT – nízkoteplotní zatížení vzorků Schéma uspořádání metody EDEHT – vysokoteplotní zatížení vzorků

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.

Galerie

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, označení ε̂ (θ, T), θ = 5°až 85°

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

Specifikace vzorků pro metodu EDEHT

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

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

Časově-teplotní režimy měření

Teplotní režimy metody EDEHT
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

Výstup metody

Ukázkový graf metody EDEHT – teplotní závislost efektivní směrové emisivity Ukázkový graf metody EDEHT – efektivní směrová emisivita
  • 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
Petra Honnerová

Odpovědný pracovník

Ing. Petra Honnerová, Ph.D.
Tel.: 377 634 719
Mobil: 735 713 911
Email: petrahon@ntc.zcu.cz

Máte zájem o měření metodou EDEHT?

Podívejte se, co pro vás můžeme udělat.

Nabídka služeb