Metoda SNEHT

Metoda měření spektrální normálové emisivity za vysokých teplot

Složení měřicí aparatury

detekční systém
FTIR spektrometr Nicolet 6700
referenční zdroj záření
laboratorní černé těleso Omega BB-4A
laserový systém ohřevu vzorku
400W 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, filtrační jednotka, optický box

Popis měřicí aparatury

Schéma uspořádání metody SNEHT

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.

Galerie

Rozsahy teplot

250 až 1000°C v závislosti na měřeném vzorku (tvaru, velikosti, tepelné vodivosti)

Rozsahy vlnových délek

maximální rozsah 1.38 až 26 μm (MIR) v závislosti na teplotě

300°C2.5 až 26 μm
400°C2.0 až 26 μm
500°C1.8 až 26 μm
600°C1.66 až 26 μm
> 700°C1.38 až 26 μm

Měřená veličina

spektrální normálová emisivita, označení ελ (λ, θ, T), θ=0°

Počítané veličiny

  • pásmová normálová emisivita, označení ε̅ (θ, T), θ=0°
  • totální normálová emisivita, označení ε (θ, T), θ=0°
  • spektrální normálová pohltivost, označení Aλ (λ, θ, T), θ=0°
  • pásmová normálová pohltivost, označení A̅ (θ, T), θ=0°
  • integrovaná normálová pohltivost, označení Aint (θ, T, Ts), θ=0°

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 vzorků

Specifikace vzorků pro metodu SNEHT

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

Časově-teplotní režimy měření

Teplotní režimy metody SNEHT
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

Výstup metody

Schéma uspořádání metody SNEHT
  • 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
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 SHEHT?

Podívejte se, co pro vás můžeme udělat.

Nabídka služeb