CN102809433A - 用于测量在目标物体处的散热的成像测量系统和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量在目标物体（100）处的散热（Q_out）的成像测量系统和测量方法，该成像测量系统（1000）具有：为远离目标物的布置结构设置的测量台（10），该测量台包括用于记录温度图示的热图像（200）的电成像装置（4），一种温度分布配置于该热图像，测量台还包括用于测量远离目标物的温度（T_ref）的远离目标物的温度传感器（6）；为靠近目标物的布置结构设置的至少一个传热传感器（30）；用于在至少一个传热传感器（30）与测量台（10）之间传输数值的传输装置（23），其中，传热传感器（30）设计为，预先给定用于求得导热系数（h）的测试值。

Description

用于测量在目标物体处的散热的成像测量系统和测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量在目标物体处例如在建筑物墙壁、建筑物立面等处的散热的成像测量系统。此外，本发明还涉及一种用于测量在目标物体处的散热的测量方法。

背景技术

开头所述类型的成像测量系统可使用热图像照相机，又称作温度图示照相机，该照相机－与常规的光电成像照相机相比－可成像地接收红外射线，而不是可见光。基于典型的目标物的发射波长，在接近环境温度时，可用的射线在2.5至14.0μm之间的平均红外波长范围内，该红外波长范围适于测量和图解地示出环境温度范围内的温度。因而，包括热图像照相机或者温度图示照相机的成像测量系统可显示出目标物体的对人眼来说基本不可见的热辐射。目标物体可以是任意的物体，在此特别例如是建筑物或诸如此类的物体。在此定期地、无接触地测定这种目标物体的面，例如建筑物墙壁、建筑物立面等等。特别是可以无接触地测定并且示出目标物体表面上的温度分布，其中，原则上也可描绘相对遥远的、较大的目标物。特别是，温度图示法的众多应用中的一种是对能量损耗的确定。至今为止已知的温度图示的成像测量系统虽然对于确定基本的温度分布是很有帮助的，但是只定期地提供能量损耗或者散热的定性的数值，也就是说特别只提供目标物体上的能量损耗或者散热的定性的分布。就此而言，若在测量地点具有非特定的环境前提，例如相应的大气条件以及必要时相对较长时间持续的无干扰影响的恒定条件等等，则如同在温度图示法-专题研讨会2007－报告01（Thermographie-Kolloquium 2007－Vortrag 01）中Dittié的文章“环境对建筑物温度图示的准确性的影响（Umwelteinflüsse aufdie Genauigkeit von

Thermographien）”中所表示的那样，只能作出关于目标物体上散热或者散热分布方面的有限制条件的、定量的和有缺陷的结论报告。

希望能够作出关于目标物体上散热的－特别是散热分布的－原则上更为可靠的、特别还是定量的结论报告。

发明内容

在此提出了本发明，其目的就是：提供一种设备和方法，借此能够以改善的方式实现对目标物体处散热进行更为可靠的、特别还是定量的测量－尤其是对目标物体处散热分布进行定量测量。特别是，测量相对而言应该是与环境条件无关的。特别是应该能够实现为唯一一次记录（拍摄）温度图示的热图像提供重要的信息，以便能够作出关于目标物体处散热特别是散热分布的无论如何可靠的、近似定量的结论报告。

关于设备，上述目的通过本发明借助于根据开头所述类型的用于测量在目标物体处的散热的温度图示的成像测量系统来实现，在该系统中根据本发明具备权利要求1的特征。关于方法，上述目的通过本发明借助于开头所述类型的方法来实现，在该方法中根据本发明具备权利要求15的特征。

本发明是从以下考虑出发：通过使用温度图示的热图像以及其它测量值基本上能够实现与环境条件无关地作出关于目标物体处散热、特别是散热分布的至少近似定量的结论报告。此外，本发明还从以下考虑出发：一直以来，特别难以评估的对流的影响因素为与环境条件无关地定量确定散热增加了困难。本发明认识到：特别可借助于导热系数来考虑对流影响，而且导热系数可相对简单地至少近似确定。本发明认识到：借助于成像测量系统可以至少近似地确定导热系数，该测量系统具有为远离目标物的布置结构所设置的测量台和为靠近目标物的布置结构所设置的传热传感器。根据本发明，所述测量台具有一电成像装置用于记录温度图示的热图像，特别是像点式地为该热图像配置温度分布。该装置可包括例如辐射热测量计或诸如此类的部件。通过成像装置可以制定目标物体的温度图示。测量台可独创性地使用为传递测量值而构造的与传热传感器的连接，以获得用于热电式热图像的后续测量值，该测量值能够得出用于温度图示的热图像的定量描述。优选能够定量地描述目标物体处的散热，特别是散热分布。

根据本发明的设计方案，规定：所述测量台具有远离目标物的温度传感器，用于测量远离目标物的温度。根据本发明的设计方案，传热传感器设计为，预先给定用于求得导热系数的测试值。

总体上，本发明的设计方案除了测量台还附加地设置有一个传热传感器，借助于传热该传感器可预先确定用于求得对定量散热而言重要的导热系数的测试值。本发明的设计方案认识到：可以用适宜的方式提供传热传感器范围内的导热系数，并且这样能够在利用温度图示的热图像的情况下得到定量的散热。

本发明的设计方案将相对于以定量确定目标物体处散热为基础的传统方法的那些优点整体串了起来。原则上可以求得目标物体处的定量散热，特别是热分布；最终求得例如建筑物立面或者目标物体处诸如此类的表面的总损耗功率或损耗功率的分布。为此，成像测量系统和方法根据本发明的设计方案原则上不需要关于目标物体自身的其它说明，这些说明通常是未知的。特别是，通常情况下目标物体处的导热性和墙厚以及目标物体的－例如建筑物等－内部温度是未知的或是如此地不均一，从而很难顾及这些。而本发明的设计方案还是提供了一种成像测量系统和方法，借其可求得定量的散热；而且只是在测量可相对简单确定的测试值、特别是温度以及可在目标物外部测量或确定或者已知的测试值的情况下获得。这样能够实现对散热特别简单且定量的确定，而不必知道关于目标物体的更详细的信息。

由从属权利要求中可获知本发明的有利的改进方案，并且这些改进方案详细提供了以下有利的可能性：将上述设计方案在发明目的设定的框架内以及在考虑更多优点的情况下实现。

在传热传感器的测试体处的测试值特别优选包括可预先给定的参量，特别是热导率（K）和厚度尺寸（L），特别附加地还有测试体处的热辐射（ε）。优选测试体是传热装置的部分，并且在结构单元中构成有用于在传热传感器处测量靠近目标物的第一温度（T_A）的温度传感器，用于求得导热系数（h），其中，传热装置除了测试体还包括：

－在测试体的至少一个可面向目标物体的后侧和/或内侧上的热流密度（q_l）预知的热源，

－至少一个另外的温度传感器，至少在测试体的可面向目标物体的后侧和/或内侧上，用于测量靠近目标物的第二温度（T_l）。

特别是，传热传感器可具有一温度传感器，用于测量靠近目标物的第一温度。附加地或可选地，传热传感器具有传热装置，借助于该传热装置可预先给定测试值，用以求得导热系数。特别可设置多于一个的温度传感器和/或传热传感器。例如可有利地分布一定数量的传感器。

对此特别认识到：可以利用传热传感器将温度分布校准到至少一个靠近目标物的第一温度的数值。在本方法的一个特别优选的改进方案中为此设置如下：成像装置在记录温度图示的热图像时，同时将传热传感器记录在温度图示图像中，也就是说，是温度图示的热图像的部分。通过这种方式，一方面得知了在传热传感器上所测量的靠近目标物的第一温度，并且另一方面得知了温度图示的热图像的部分。这样，无论如何总是将靠近目标物的第一温度配置于热图像的一像点；该状况可有利地用来对整个温度分布进行校准，此时在热图像中像点式地配置各温度。

本发明设计方案的特别优选的改进中，测量方法设置有进一步的步骤：

－使温度图示的热图像与温度分布像点式地配置，同时将该温度分布校准到至少一个靠近目标物的第一温度的数值，

－至少借助于测试值来确定导热系数，并且

－在利用导热系数、经校准的温度分布和远离目标物的温度以及热电图像的图形比例的情况下定量地描述散热。

前述的改进设计方案可以应用于包括运算单元的成像测量系统。运算单元有利地设计为，将可像点式配置的温度分布校准到至少一个靠近目标物的第一温度的数值，并且至少借助于测试值来确定导热系数。特别是，运算单元还设计为，由导热系数、经校准的温度分布和远离目标物的温度以及热电图像的图形比例定量地描述散热。附加地或可选地，运算单元优选如此设计：至少借助于测试值来确定导热系数。

在一种特别优选的改进方案的框架内如此构造运算单元，使该运算单元至少借助于远离目标物的温度和靠近目标物的第一温度来确定导热系数。在此有利的是，协同使用借助于远离目标物的温度传感器所测量的远离目标物的温度以及借助于温度传感器所测量的靠近目标物的第一温度来确定导热系数。

在一种优选的改进方案的框架内，测量台具有一测距装置，用于无接触地测量距离。特别是，一个基准点与目标物体处至少一个测量点之间的距离可特别在应用光学测量射束的情况下借助于渡越时间测量法来无接触地测量。基准点与测量点之间的距离，特别是也在难以或者不可能接近由该距离所覆盖的地带的情况下，可以被迅速而准确地确定。优选运算单元设计为，由距离、焦距值和温度图示的像素面积来求得图形比例。通过这种由运算技术求得的图形比例可放弃直接确定建筑物的尺寸，通常本来在建筑技术的文件中要进行该尺寸确定。这样的简化节省了时间和成本。

特别优选地，传热传感器具有测试体，其中，用于测量靠近目标物的第一温度的温度传感器至少布置在测试体的可面向测量台的前侧上。测试体的提供呈现出如下的结构设计上的优点：靠近目标物的温度传感器的明确定义的布置结构是可能的，并且由靠近目标物的温度传感器测量的温度与测试体的可面向测量台的前侧的温度是一致的。

特别是，传热装置在测试体上如此构成：使得用于求得的导热系数的测试值在测试体上是可预先给定和/或可确定的。有利地，在此间接用测试体来求得导热系数。特别是，测试体具有预知的热导率的和厚度尺寸的的测试值，特别附加地还有热辐射。有利地是，在此测试体的结构方面以及材料技术方面的特性是能够以明确定义的方式被预先给定的；有利地代替目标物体的其他未知的特性。

优选传热传感器的传热装置在测试体的至少一个可面向目标物体的后侧上和/或测试体的内侧上设置有具有预知的热流密度的热源。在所描述的布置结构的框架内导入预知的热流密度能够借助于定量已知的数值来更准确地求得导热系数。

在一种改进的变型方案的框架中设置如下：传热传感器的传热装置至少在测试体的内侧和/或可面向目标物体的后侧上具有至少一个另外的温度传感器，用来测量靠近目标物的第二温度。作为变型设计，作为对上述包括具有预知的热流密度的热源的布置结构的附加方案或可选方案，也通过导入靠近目标物的第二温度来求得热特性。有利的是，由此减小了用于确定稳定的热流密度所需要的费用。

在一种优选的改进方案的框架内，成像测量系统具有输出单元，借助于该输出单元可示出经校准的温度分布。作为补充或者可选方案，设计有输入单元，以输入测试值。示出经校准的温度分布，可简化对建筑技术措施的评定结论报告。

在一种特别优选的结构设计上的改进方案的框架中，测量台具有一外壳，在该外壳中设置成像装置、远离目标物的温度传感器、传输装置的发送部件和/或接收部件，特别是还附加地设置有运算单元以及必要时输出单元和/或输入单元。在建筑实际应用中减小了所需要的装备时间。测量台能紧凑地安置在外壳中，而且保护其不受例如在建筑实际应用中总会出现的湿气、脏物等等不期望的影响。

在一个优选的变型方案中，可借助于超声波测量单元来确定用于求得导热系数的测试值。超声波单元实现了用于确定对流影响的可选的原理。这一点对于具有构造结构（凹凸结构）的表面特别有利，在该表面上会形成复杂的流动结构。

附图说明

下文借助附图来说明本发明的一些实施例。该附图并非必须按比例绘示各实施例，具体而言，附图为了有助于阐释，是以示意性的和/或略微变样的形式进行说明的。对于由附图能够直接看出的教导的补充，可参阅相关的现有技术。同时应该考虑到，针对某一实施形式的方式和细节可以进行各种各样的变型和改变，而并不脱离发明的总的思想。在说明书、附图以及权利要求书中所公开的发明特征，无论是它们本身单独存在还是任意组合，对于本发明的进一步发展设计都可能是重要的。此外，由在说明书、附图和/或权利要求书中所公开的特征的至少两个构成的全部组合均落入本发明的范围之内。本发明的总的思想并不局限于以下图示的和描述的优选实施形式的确切方式或细节，或者并不局限于一种与权利要求书中主张的方案主题相比是受到限制的方案主题。对于所给出的尺寸数值范围，应该认为也公开了处在所说极限内的值作为极值，并且可以任意使用以及可以提出权利要求。为了简单起见，以下对于相同的或类似的部件或者具有相同或类似功能的部件均采用同样的附图标记。

本发明的其它优点、特征和细节从下文中对优选实施例的描述以及借助于附图获得，图中示出：

图1：在视图（A）中为用于在目标物体上、此处为建筑物立面上进行测量的成像测量系统的示意性示图，视图（B）中为根据现有技术的成像测量系统的温度图示的热图像；

图2：成像测量系统的一个优选实施方式的示意性示图，包括两个传热传感器和测量台；

图3：图2中的传热传感器的示意性示图；

图4：成像测量系统的有利构造的示意性示图；

图5：用于在目标物体上测量散热的测量方法的示意性示图。

具体实施方式

图1在示图（A）中示例性示出了温度图示成像地测量在目标物体100处、这里为建筑物立面形式的散热的通常形式。仅用热图像照相机104便记录到在视图（B）中象征性示出的温度图示的热图像200。在温度图示的热图像200中作为颜色阴影或类似形式所示出的目标物体100上的温度分布201提供了重要的信息，以便能够对绝缘不好的区域，例如窗户或诸如此类的区域进行定位。为了这个目的，温度分布201虽然是很有用的，但是原则上只示出定性的值，该值对照反映目标物体100上的具有较高的能量损耗的地方或者具有较少能量损耗的地方。背景为：虽然在热图像照相机104的辐射热测量计中的测量基本上是相对准确的，但是，经由在z方向上垂直于目标物体100的一段距离到达热成像照相机104的热辐射S可能只示出热辐射的一小部分－特别是通常在原始点就被掺杂的部分。原因在于：与气候条件例如风向、空气湿度以及诸如此类的条件相关的、在目标物体100与热图像照相机104之间的距离内的对流的热传递。所以，业已表明的是，到达热图像照相机104的热辐射在目标物体100的表面上，即在一开始就已经较强地受到风速以及相对于目标物体100的表面的风向还有风相对于要观察的目标物体100的表面的角度的影响。

此外，为了确定实际上的、从目标物体100的内部穿过目标物体100的所谓的表面所散发出来的散热还需要关于目标物体100的表面的其它信息。在用简单的热图像照相机104记录热图像200时通常不会向使用者提供这样的信息。

对于本发明的设计方案，如下所述可以得知：用图2中所示出的温度图示的成像测量系统1000能够定量地确定能量损耗－例如穿过建筑物的外壁或类似的目标物体100的表面。根据本发明的设计方案的测量系统1000在本实施方式中具有一个为远离目标物的布置结构所设置的测量台10，且在这个实施方式中具有两个为靠近目标物的布置结构所设置的传热传感器30。只是示例性的示图说明：成像测量系统1000特别可包括一定数量的、适宜地在目标物体100上分布的传热传感器30。按照需求，传热传感器30在目标物体100上的密度可通过其数目和间距而被有利地设定。为了实现本发明的设计方案，必要时目标物体100上只有唯一一个传热传感器30与测量台10一起也是适宜的。

图2详细示出了测量台10，在其外壳20中设置有已知的电成像装置4，用于记录温度图示的热图像，例如为辐射热测量计或者类似的形式。热图像照相机形式的装置4具有由锗构成的透镜，该透镜如在图1中示例性示出的那样，在辐射热测量计-芯片列上描绘出热图像。该辐射热测量计-芯片列在此承担常规照相机的CCD芯片的功能。当今的辐射热测量计-列的像素数达到160×120至640×480。辐射热测量计-列的图像被处理，并且在测量台10的外壳20上的未详细示出的显示器上加以显示。在此，对于图2中测量台10的装置4的显示器采用了温度分布的一种假彩色图像，在该图示图像中，不同的颜色代表不同的温度。

温度图示的成像测量系统1000可以按图2所示出的形式特别用来追踪建筑缺陷，用来在降低结构参数的情况下保障质量，用来探测冷桥或者热桥，但是也用来鉴定霉菌和真菌侵袭。特别是，测量系统1000用来在目标物体100上进行泄漏测位。这可以是例如湿透的屋顶－还有平顶或立面－或者地下铺设的管路。测量系统1000通过温度图示的热图像也可间接地为关于必要的隔音措施的结论报告提供依据。根据本发明的设计方案的测量系统1000可以非常普遍地应用，如图2中所示，主要是定量地确定目标物体100上的能量损耗。这一点在个别情况中可包括对翻新措施的测位和界限，例如在漏气时或在粉刷装饰后缺陷处。也能够识别能量损耗方面的目标物体100处的结构构造，例如，在地热或水管或电缆安装中使得例如框架结构或布设的管道可见。在个别情况中，测量系统1000也适于在目标物体100上这样的或其它的问题区域中使露点可见或探测该露点。

关于下文中详细描述的测量系统1000的实施方式的可用性，并不受到限制，该测量系统1000是借助于对目标物体100表面处即建筑物立面处整个热损耗功率的定量确定来加以说明的。在此，以测量系统1000的功能为基础的简单的数学模型并非限制性的，而只是示出优选的简化的实施方式，目的是示例性地描述根据本发明的设计方案的测量系统1000－即包括远离目标物的测量台10与靠近目标物的传热传感器30－的功能。

在图2中就可以看出，区别于现有技术，测量台10除了电成像装置4，还包括远离目标物的温度传感器6和无接触的测距装置2。用于记录温度图示的热图像的成像装置4、测距装置2与温度传感器6共同紧凑地布置在测量台10的外壳20中。远离目标物的温度传感器6用来在测量台10的位置测量远离目标物的温度T_ref。架设测距装置2在此是为了无接触地测量测距装置2的未详细示出的基准点与目标物体100处测量点P之间的距离D。为此，测距装置2例如使用调制形式的光学测量射束，从而可借助于对测量射束的反射或散射的部分用渡越时间测量法来确定距离D。由此在测量台10的位置，距离D和远离目标物的温度T_ref是已知的，以及对于目标物体100，用于目标物体100的表面的、与表面上的位置相关的温度分布T是已知的。温度分布T特别还包括传热传感器30处的温度T_A。热图像照相机首先只测量相对的温度分布，该温度分布可借助于T_A换算为绝对的温度分布。

此外，在测量台10的位置，焦距值f和像素大小A_p的对装置4来说固有的值也是已知的。通过距离、焦距值f和像素大小A_p可求得图形比例，通过该图形比例可将目标平面的坐标（x，y）配置给相应的热图像中的图像坐标。为了获得这种配置结构的特别高的精确性，应该至少几乎垂直于目标面来进行距离测量，也就是说，测距射束至少几乎垂直于测量目标表面地定向。具体地说，与目标物体100的表面处的位置（x，y）相关的温度分布T（x，y）和配置给传热传感器30的位置（x₀，y₀）的所测量的温度T_A=T（x₀，y₀）是已知的。在个别情况下，结合图4还会援引这些参量。

在下文中首先示例性地解释上面所述的简单的数学模型，通过该数学模型另一方面还借助于前面所述的测量值或者已知的测量台10的和传热传感器30的数值可确定通过目标物体100的表面的所有热损耗功率。在此基础为前面提到的温度T在目标物体100的表面处的局部的温度分布T（x，y）。为了定量地确定所有热损耗功率，在沿轨迹（x，y）的温度分布T（x，y）上进行积分，其中，其它测量值和测试值用根据本发明设计方案的测量系统1000来确定或预先给定。测试值是指在传热传感器处以前面确定的方式、例如这里通过测试体13的特性而具备的数值。

总体来说，按照以下公式获得单位为W/m²的热流密度：

$\left(1\right)q_{\mathrm{out}}=h*(T_{\mathrm{ref}}-T)+\mathrm{\ϵ}*\mathrm{\σ}*(T_{\mathrm{ref}}^4-T^4)$

第一项描述了目标物体100的表面上通过对流所进行的热传递，而第二项描述了可由热图像照相机测定的辐射。σ＝5.67*10^-8W/(m²K⁴)是斯蒂芬-波尔茨曼-常数，且ε是目标物体100处的表面的辐射度。辐射度ε与材料、表面特性、波长有关，但是几乎与温度T自身无关。温度对辐射度ε的影响当在温度范围在0℃至100℃内进行测量时在大多数情况下是可忽略的，本实施方式基本上是以此为出发点。这里未描述的其它有变动的实施方式也可考虑这一项。但是原则上，很多材料在中等红外线中具有与波长几乎无关的接近数值1的辐射度ε。例如为玻璃、矿物材料、颜料和任意颜色的漆、任意颜色的阳极氧化层、除聚乙烯外的塑料材料、木料和其它建筑材料、水和冰－即如在主建筑行业或辅助建筑行业中出现的材料。本实施方式因此为辐射度ε取一个中间的值0.94。虽然在白面和黑面之间ε在0.9-0.98的范围内略微有变动，但是为了解释该实施方式的原理，对此不作重点考虑。

对于进一步定量地确定目标物体100的表面上所有的热损耗功率，在此，导热系数h－确切地说也称作对流-导热系数α－是相对重要的，例如在建筑物立面的外壁上是要确定该系数的。下文中称为导热系数h的系数会与建筑物立面的外壁上的、即目标物体100的表面上的其它环境因素和风速紧密相关。数值典型地在2W/(m²K)和25W/(m²K)之间。为了进一步定量地确定目标物体100上所有的散热q_out，在这种情况下至少要近似确定h。但是若h一次性已知，在本实施方式的框架内，所有通过对流的热损耗功率被确定为散热：

$\left(2\right)Q_{\mathrm{out}}=M^2*A_p*\mathrm{\Σ}{q}_{\mathrm{out},n}\≈{(\frac{D}{f}-1)}^2*A_p*\mathrm{h\Σ}(T_{\mathrm{ref}}-T_n),$

其中，在第一个近似法中，由辐射所造成的热损耗忽略不计。在此，本实施方式利用对距离D的测量来对目标物体100的表面进行面积估算，即，用于为温度图示的热图像确定图形比例：

$\left(3\right)M=\frac{D}{f}-1$

通过该图形比例，热图像中的坐标、距离或者面积至少近似地配置给测量物处的坐标（x，y）、距离或者面积，其中为了实现最佳的精确性，热图像照相机的视线方向应该尽可能垂直于测量目标表面地定向。所有的热损耗功率Q_out由以下方式获得总和或者积分值：配置给温度图示的热图像的每个像素的热流密度与配置给每个像素的墙壁面积相乘A_p*M²，其中，n表示温度图示的热图像的像素的数量。

根据本发明的设计方案得知：由于导热系数h的天气相关性，但是也与建筑物外侧的立面的结构相关，应该在目标物体100的表面上的合适的位置或者合适位置的分布上测量该导热系数h。为此使用图3中进一步示出的传热传感器30，这种形式的传感器可作为一定数量的这种传感器30分布的部分而安置在目标物体100上。可借助于在图4中象征性示出的无线电装置23而在传热传感器30和测量台10中传达由传热传感器30求得的测量值或者已知的测试值。

图3详细地示出了图2中的一个传热传感器30的细节的示意性示图。传热传感器30具有在测试体13的面向测量台10的前侧上的靠近目标物的第二温度传感器7以及－作为传热装置15的部分－测试体13和在测试体13的背离测量台10的后侧上的靠近目标物的第一温度传感器9。测试体13本身具有厚度L、热导率K、热辐射度ε－最后述及的这些参量所具有的数值又称作测试值。

此外，在测试体13的背离测量台的后侧上－作为传热装置15的另外的部分－设置有一热源11，其热流密度q_l是已知的。此外，基于测试体13的特性，厚度L、热导率K和热辐射度ε作为测试值也是已知的。换句话说，测试体13具备已知的材料性质，该材料性质根据本发明的设计方案用来确定导热系数h，从而基本上不需要对目标物体100表面的精确认识。按照本发明的设计方案，测试体13在传热传感器30中可以说成是代替了目标物体100的未知的性质。

可借助于传热装置15实现的传热的简单模型为图3中的测试体13提供温度关系：

$\left(4\right)T\left(z\right)=T_A+\frac{q_I}{K}*(L-z)=-\frac{T_I-T_A}{K}*z+T_I$

若T（L）＝T_A，则由方程式（1）得到导热系数h：

$\left(5\right)h=\frac{q_I-\mathrm{\ϵ}*\mathrm{\σ}(T_A^4-T_{\mathrm{ref}}^4)}{T_A-T_{\mathrm{ref}}}$

当忽略热辐射时（ε＝0），并且当热源11的热流密度q_l不是精确已知时，h也通过借助于靠近目标物的第二温度传感器9测量靠近目标物的第二温度T（0）＝T_I如下确定：

$\left(6\right)h=\frac{K*(T_I-T_A)/L}{T_A-T_{\mathrm{ref}}}$

换一种说法，基于测试体13上预先给定的或可用T_I确定的明确定义的热流密度q_l并且在已知靠近目标物的第一温度T_A与远离目标物的温度T_ref的情况下，可以确定导热系数h。这个模式基于以下假设：鉴于热源11的明确定义的热功率，在测试体13中形成热平衡，并且在测试体13的表面上构成连续条件。这一点的特征在于两个可用上面的方式借助于温度传感器7、9测量的温度T_A和T_I。

因为除此之外，还将传热传感器30靠近目标物地设置在目标物体100的表面上，所以在该传感器上产生与在目标物体100的表面上、例如建筑物的立面上一样的对流影响。因为一方面通过成像装置4基于热辐射S已知了所测量的热流密度或者相对于在另外一个用热图像照相机所记录的位置处的温度的温度T（x₀，y₀），但是另一方面传热传感器30的位置（x₀，y₀）处的靠近目标物的第一温度TA是已测量的，所以可通过将T（x₀，y₀）与T_A等同起来而由T（x₀，y₀）＝T_A对温度分布T（x，y）进行校准，并由此消除在所测量的温度T（x₀，y₀）情况下由对流因素所产生的误差。就这点而言，温度分布按照本模型在位置（x₀，y₀）处被精确确定且用作热图像中的温度分布的参考值。

详见图4，温度图示的成像测量系统1000示出传热传感器30以及测量台10和在该测量台的外壳20中的相应的单元。前文所解释的测量体13的测量值和测试值配置给传热传感器30与测量台10的各个单元。传热装置15在图4中以阴影示出。

如已经解释的那样，传热传感器30具有传热装置15，也就是说具有用于预先给定已知的测试值K、ε、L的测试体13和用于预先给定明确定义的热流密度q_l的热源11。传热传感器30在此除了用于确定靠近目标物的第二温度TI的靠近目标物的第二温度传感器9之外，还具有作为传热装置15的部分的用于确定靠近目标物的第一温度T_A的靠近目标物的第一温度传感器7。温度T_A、T_I形式的测量值与前述的测试值可通过传热传感器30的前述的无线电装置23的第一无线电模块23.1传输给测量台10中的无线电装置23的第二无线电模块23.2。

测量台10本身具有另外一个远离目标物的用于确定远离目标物的温度T_ref的温度传感器6、一用于确定在目标物体100的表面上的适当形式的温度分布T（x，y）的电成像装置4和用于确定距离D或者用于预先给定焦距值f和像素值A_p的测距装置2。所以，所有在图4中所示出的运算单元24的测试值和测量值都是可供给的，该运算单元按照前述的用于h（公式6）与Q_out（公式2）的计算方法便可以确定目标物体100处所有的热损耗功率－其根据本发明的设计方案在数量上更可靠，并且是至少近似准确的形式。

此外，测量台10在外壳20中还具有显示器形式的输出单元26。该显示器能够实现在目标表面上以校准的形式适宜地示出温度分布T（x，y），例如用假彩色图像图示。此外，输入单元25，例如键盘或诸如此类的部件，能够在测量台10的外壳20处输入数值，例如一个或多个测试值，倘若这些数值不被保存为系统固有的话。

为了在本实施方式的框架内实施测量方法，在图5中示出了方法步骤的一种优选的顺序。在第一步41中，远离目标物体100设置测量台10，并实施温度图示的热图像的成像记录。目标物表面上的温度分布T（x，y）可通过图形比例以像点的方式配置给温度图示的热图像。此外还测量了远离目标物的温度T_ref，并且为了确定图形比例而测量了到目标物体的距离。

在第二步42中，将至少一个传热传感器30靠近目标物地布置在目标物体100的表面上，并测量靠近目标物的第一温度T_A。此外，在这个实施方式中还测量前述的测试值和靠近目标物的第二温度T_I。借助于测试值和温度T_A、T_I特别确定了导热系数h。此外，所测量的温度分布T（x，y）通过使T_A与T（x₀，y₀）—也就是说传热传感器30的位置（x₀，y₀）处的温度—相等同而被校准。

在第三步43中，测量值和测试值被传热传感器30或一定数量的传热传感器30传输给测量台10，以便将这些值提供给运算单元24，用于求得目标物体100表面上的所有散热。该散热Q_out可由运算单元24例如按照上面的公式2的方法以上文所阐述的方式至少近似地却可靠地在去除对流误差的情况下求得。

应当明确的是，其它运算方法在本发明设计方案的框架内也是可能的—可以理解，本实施例只是为了示例性地解释本发明的设计方案，以使用一成像的温度图示的测量系统1000。

Claims (20)

1.用于测量在目标物体（100）处如在建筑物墙壁、建筑物立面等处的散热（Q_out）的温度图示的成像测量系统（1000），具有：

－为远离目标物的布置结构而设置的一测量台（10），其包括

－用于记录温度图示的热图像（200）的电成像装置（4），一种温度分布能配置于该热图像，还包括

－用于测量远离目标物的温度（T_ref）的远离目标物的温度传感器（6）;

－为靠近目标物的布置结构而设置的至少一个传热传感器（30），

－用于在所述至少一个传热传感器（30）与所述测量台（10）之间传输数值的传输装置（23），其中，

－所述传热传感器（30）设计为，预先给定用于求得导热系数（h）的测试值。

2.按照权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述传热传感器（30）具有：

至少一个温度传感器（7），用于测量靠近目标物的第一温度（T_A），和/或

一传热装置（15），借助该传热装置能够预先给定用于求得导热系数（h）的所述测试值。

3.按照权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，设有一运算单元（24），该运算单元设计为，

－将温度分布（T（x，y））校准到至少一个靠近目标物的第一温度（T_A）的数值，

－至少借助于所述测试值来确定导热系数（h），并且

－特别是至少在使用导热系数（h）、经校准的温度分布（T（x，y））和远离目标物的温度（T_ref）以及热电图像的图形比例（M）的情况下，来定量地描述散热（Q_out）。

4.按照权利要求1至3之任一项所述的测量系统，其特征在于，运算单元（24）设计为，至少借助于所述测试值、远离目标物的温度（T_ref）和靠近目标物的第一温度（T_A）来确定导热系数（h）。

5.按照权利要求1至4之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述测量台（10）具有利用测量射束工作的测距装置（2），用于无接触地测量一基准点与目标物体（100）上至少一个测量点（P）之间的距离（D），特别是借助于渡越时间测量法。

6.按照权利要求4和5所述的测量系统，其特征在于，所述运算单元设计为，由所述距离（D）和焦距值（f）求得图形比例（M），特别是附加地借助于温度图示的图像的像素面积（A_p）。

7.按照权利要求1至6之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述传热传感器（30）具有一测试体（13），用于测量靠近目标物的第一温度（T_A）的温度传感器（7）至少设置在测试体（13）的可面向所述测量台（10）的前侧或后侧上。

8.按照权利要求1至7之任一项所述的测量系统，其特征在于，运算单元（24）设计为，由远离目标物的温度（T_ref）、靠近目标物的第一温度（T_A）和测试值（K、ε、L、q_l、T_I）来确定和/或预先给定特别是在一测试体的可面向所述测量台（10）的前侧上的导热系数（h）。

9.按照权利要求1至8之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述传热传感器（30）具有包括一测试体（13）的传热装置（15），使得用于求得导热系数（h）的测试值在所述测试体（13）上是可预先给定的和/或可确定的，其中，所述测试体（13）具有热导率（K）和厚度尺寸（L）的预知的测试值，特别是还有热辐射度（ε）。

10.按照权利要求1至9之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述传热传感器（30）的传热装置（15）还在一测试体（13）的至少一个可面向所述目标物体（100）的后侧和/或内侧上具有热流密度（q_l）预知的热源（11）。

11.按照权利要求1至10之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述传热传感器（30）的传热装置（15）还至少在一测试体的可面向所述目标物体（100）的后侧和/或内侧上具有至少一个另外的温度传感器（9），用于测量靠近目标物的第二温度（T_I）。

12.按照权利要求1至11之任一项所述的测量系统，其特征在于，设计有一输出单元（26），以示出经校准的温度分布；和/或设计有一输入单元（25），以输入测试值。

13.按照权利要求1至12之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述测量台（10）具有一外壳（20），在该外壳中设置成像装置（4）、远离目标物的温度传感器（6）、传输装置（23）的一无线电模块（23.2），特别是附加地还设置有运算单元（24）以及必要时一输出单元（26）和/或输入单元（25）。

14.按照权利要求1至13之任一项所述的测量系统，其特征在于，所述传热装置（15）具有一超声波测量单元，借助该传热装置可预先给定和/或可确定所述用于求得导热系数（h）的测试值。

15.用于测量在目标物体（100）处如在建筑物墙壁、建筑物立面等处的散热（Q_out）的温度图示的成像测量方法，特别是借助按照前述权利要求之任一项所述的成像测量系统（100），具有以下步骤：

－远离目标物地设置一测量台（10），并以电成像方式记录温度图示的热图像，将一种温度分布像点式地配置于该热图像，以及，远离目标物地测量远离目标物的温度（T_ref）；

－靠近目标物地设置至少一个传热传感器（30），并且

－测量靠近目标物的第一温度（T_A）和/或在一传热装置（15）中预先给定测试值，用于借助所述测试值求得导热系数（h）；

－在所述至少一个传热传感器（30）与所述测量台（10）之间传输数值。

16.按照权利要求15所述的测量方法，还具有以下步骤：

－使温度图示的热图像与所述温度分布像点式地配置，同时将该温度分布校准到至少一个靠近目标物的第一温度（T_A）的数值，

－至少借助于所述测试值来确定导热系数（h），并且

－在利用导热系数（h）、经校准的温度分布和远离目标物的温度（T_ref）以及热电图像的图形比例（M）和像素值（A_p）的情况下定量地描述散热（Q_out）的分布。

17.按照权利要求15或16所述的测量方法，其特征在于，所述传热传感器（30）由一温度图示的热图像的成像记录进行测定，并且将所述靠近目标物的第一温度（T_A）作为温度分布的部分配置于所述热图像的一像点。

18.按照权利要求15至17之任一项所述的测量方法，其特征在于，借助于所述测试值以及至少所述远离目标物的温度和所述靠近目标物的第一温度来确定导热系数，特别是附加地借助于在一测试体（13）的至少一个可面向所述目标物体（100）的后侧和/或内侧上的热源的预知的热流密度（q_l）和/或靠近目标物的第二温度（T_I）。

19.按照权利要求15至18之任一项所述的测量方法，其特征在于，无接触地测量一基准点与所述目标物体（100）上至少一个测量点之间的距离（D），特别借助于渡越时间测量法。

20.按照权利要求19所述的测量方法，其特征在于，由所述距离（D）、焦距值（f）和像素面积（A_p）求得图形比例（M）。

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