CZ2016217A3 - Non-contact measurement of temperature fields using thermographic colours - Google Patents
Non-contact measurement of temperature fields using thermographic colours Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2016217A3 CZ2016217A3 CZ2016-217A CZ2016217A CZ2016217A3 CZ 2016217 A3 CZ2016217 A3 CZ 2016217A3 CZ 2016217 A CZ2016217 A CZ 2016217A CZ 2016217 A3 CZ2016217 A3 CZ 2016217A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- emissivity
- temperature
- thermographic
- measured
- contact measurement
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 18
- 239000003086 colorant Substances 0.000 title description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 14
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 10
- 238000001931 thermography Methods 0.000 claims description 10
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
Bezkontaktní měření teplotních polí s využitím termografické barvyNon-contact measurement of temperature fields using thermographic paint
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká bezkontaktního měření teplotních polí, to je způsobu zjišťování totální emisivity povrchů materiálů v závislosti na teplotě, s využitím termografické barvy.The invention relates to non-contact measurement of temperature fields, i.e. a method of determining the total emissivity of material surfaces as a function of temperature, using thermographic paint.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Nejprve bude objasněn pojem samotné emisivity. Emisivita je definována jako poměr intenzity vyzařování reálného tělesa He k intenzitě absolutně černého tělesa HEo se stejnou teplotou. Emisivita tak určuje schopnost tělesa vyzařovat teplo. Je to bezrozměrná veličina.First, the concept of emissivity itself will be clarified. Emissivity is defined as the ratio of the emission intensity of a real body He to the intensity of an absolute black body H E o with the same temperature. Emissivity thus determines the body's ability to radiate heat. It is a dimensionless quantity.
Emisivita obecně pro daný povrch není konstantní, ale je funkcí řady parametrů. Těmito parametry mohou být například: úhel odklonu od normály povrchu teplota objektu vlnová délka stav povrchu struktura povrchu a podobněThe emissivity is generally not constant for a given surface, but is a function of a number of parameters. These parameters can be, for example: the angle of deviation from the surface normal, the temperature of the object, the wavelength, the state of the surface, the structure of the surface, and the like
Tělesa, pro něž můžeme z praktického hlediska emisivitu považovat za nezávislou na frekvenci, nazýváme šedé zářiče. U takzvaných selektivních zářičů uvažujeme, že emisivita je funkcí frekvence.Bodies for which, from a practical point of view, the emissivity can be considered independent of frequency, we call gray emitters. For so-called selective emitters, we consider that the emissivity is a function of frequency.
Emisivita absolutně černého tělesa ε = 1Absolute blackbody emissivity ε = 1
Emisivita reálného tělesa ετ nabývá tedy hodnot εγ<1, maximálně ετ = 1The emissivity of a real body ετ thus acquires values εγ<1, maximum ετ = 1
Výpočet emisivity ετ= He/HeoCalculation of emissivity ετ= He/Heo
He je intenzita vyzařováni reálného tělesa. Udává výkon vyzářený plochou reálného tělesa do celého poloprostoru.He is the radiation intensity of a real body. It indicates the power radiated by the surface of a real body into the entire half-space.
Heo je intenzita vyzařování absolutně černého tělesa. Udává výkon vyzářený plochou černého tělesa do celého poloprostoru.Heo is the intensity of absolute black body radiation. It indicates the power radiated by the surface of the black body into the entire half-space.
Bezkontaktní měření teplotních polí pomocí termovizních kamerových systémů je založeno na detekci infračerveného záření (tepelného toku) dopadajícího na infradetektor kamery. Rozložení teploty (termogram) je pak vyhodnocováno využitím hardwarových a / nebo softwarových prostředků, přičemž uživatel musí do vyhodnocení vložit hodnoty fyzikálních parametrů charakterizujících procesy vyzařování, odrazu a prostupu měřeného záření. Jedná se typicky o emisivitu měřeného povrchu, zdánlivou odraženou teplotu radiačního okolí, propustnost a teplotu prostředí mezi měřeným povrchem a termovizni kamerou.Non-contact measurement of temperature fields using thermal imaging camera systems is based on the detection of infrared radiation (heat flow) falling on the camera's infrared detector. The temperature distribution (thermogram) is then evaluated using hardware and/or software means, while the user must enter the values of the physical parameters characterizing the processes of radiation, reflection and penetration of the measured radiation into the evaluation. These are typically the emissivity of the measured surface, the apparent reflected temperature of the radiation environment, the permeability and the temperature of the environment between the measured surface and the thermal imaging camera.
Protože je skutečná hodnota emisivity měřeného povrchu většinou neznámá, nebo se mění v prostoru, čase či teplotě, používají se pro usnadnění kvantitativních termografických měření termografické referenční barvy. Nanesená termografická referenční barva na měřeném povrchu vytvoří oblast se známou vysokou a prostorově homogenní hodnotou emisivity. Lokální aplikací termografické referenční barvy a zadáním jejích vlastností do termografického kvantitativního vyhodnoceni tak lze na určitém místě termogramu dosáhnout toho, že je správně určena povrchová teplota v místě aplikace termografické referenční barvy. Tato teplota pak může být využita k určení neznámé emisivity v dalších oblastech měřeného povrchu.Since the actual value of the emissivity of the measured surface is mostly unknown, or changes in space, time or temperature, thermographic reference colors are used to facilitate quantitative thermographic measurements. The applied thermographic reference color on the measured surface creates an area with a known high and spatially homogeneous emissivity value. By locally applying the thermographic reference color and entering its properties into the thermographic quantitative evaluation, it is possible to achieve a correct determination of the surface temperature at the point of application of the thermographic reference color at a certain point of the thermogram. This temperature can then be used to determine the unknown emissivity in other areas of the measured surface.
Pro zefektivnění těchto způsobů měření jsou zpracovány software, které umožňují do termogramu vložit bodové, čárové, či plošné analýzy, u nichž lze nastavit hodnotu emisivity, to je označit oblast s termografickou referenční barvou a zadáním emisivity termografické barvy vyhodnotit povrchovou teplotu. Současné software také umožňují po vložení mapy emisivity zobrazit termogram s uvažováním odlišných emisivit na různých oblastech měřeného povrchu. Rovněž umožňují na vložených analýzách vyhodnotit obráceným neznámou emisivitu po zadání známé povrchové teploty.In order to make these measurement methods more efficient, software has been developed that allows point, line, or area analyzes to be inserted into the thermogram, where the emissivity value can be set, that is, mark the area with a thermographic reference color and evaluate the surface temperature by entering the emissivity of the thermographic color. Current software also allow, after inserting an emissivity map, to display a thermogram with consideration of different emissivities on different areas of the measured surface. They also allow inverted evaluation of the unknown emissivity on embedded analyzes after entering a known surface temperature.
Použité značky:Brands used:
11-intenzita infračerveného záření v místě A111-infrared intensity at location A1
12-intenzita infračerveného záření v místě A212-infrared intensity at location A2
I3- intenzita infračerveného záření v místě A3 d-emisivita v místě A1 s2-emisivita v místě A2 c3-emisivita v místě A3I3- intensity of infrared radiation at location A3 d-emissivity at location A1 s2-emissivity at location A2 c3-emissivity at location A3
T1 -teplota v místě A1T1 - temperature at location A1
T2-teplota v místě A2T2-temperature at location A2
T3-teplota v místě A3 (měřená teplota)T3-temperature at location A3 (measured temperature)
Hlavní nevýhodou současných způsobů měření pomocí software je, že neumožňuji pracovat s teplotní, po případě časovou závislostí emisivity. Tím dochází ke zkreslování výsledků měřeni. Měření jsou potom nepřesná.The main disadvantage of the current methods of measurement using software is that they do not allow working with the temperature or, if necessary, time dependence of emissivity. This distorts the measurement results. The measurements are then inaccurate.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje bezkontaktní měření teplotních polí s využitím termografické barvy podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na měřený povrch je nanesena referenční termografická barva se známou emisivitou εΐ. Radiometricky jsou termovizní kamerou měřeny intenzity infračerveného záření II, 12 a 13 z oblastí Al, A2 a A3, přičemž ze známé intenzity infračerveného záření II a známé emisivity referenční termografické barvy εΐ je pomocí funkce II = f(cl, TI) stanovena teplota TI. Tato teplota za předpokladu, že teplota T2 = teplotě TI, pomocí funkce 12 = f(a2, T2) umožní stanovení emisivity ε2. Použitím této emisivity za podmínky, že emisivita ε3= emisivitě ε2, pomocí funkce 13 - f(c3. T3) umožní stanovení měřené teploty T3.The mentioned shortcomings are largely eliminated by the non-contact measurement of temperature fields using the thermographic paint according to the invention, the essence of which is that a reference thermographic paint with a known emissivity εΐ is applied to the measured surface. Radiometrically, the intensities of infrared radiation II, 12 and 13 from areas Al, A2 and A3 are measured by a thermal imaging camera, and the temperature TI is determined using the function II = f(cl, TI) from the known intensity of infrared radiation II and the known emissivity of the reference thermographic color εΐ. This temperature, assuming that the temperature T2 = the temperature TI, using the function 12 = f(a2, T2) will enable the determination of the emissivity ε2. Using this emissivity under the condition that emissivity ε3= emissivity ε2, using the function 13 - f(c3. T3) will enable the determination of the measured temperature T3.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém je schematicky v nárysu naznačeno bezkontaktní měření teplotních polí s využitím termografické barvy podle vynálezu a v půdorysu zorné pole termovizní kamery s definovanými místy, kde je aplikována referenční barva, kde je neznámá emisivita měřeného povrchu, ale stejná povrchová teplota a kde je stejná neznámá emisivita, ale teplota je obecně jiná. Šipka s popisem naznačuje směr vyzařovaného radiačního záření.The invention will be explained in more detail with the help of a drawing in which the non-contact measurement of temperature fields using the thermographic paint according to the invention is schematically indicated in the elevation and in the ground plan the field of view of the thermal imaging camera with defined places where the reference color is applied, where the emissivity of the measured surface is unknown, but the same surface temperature and where the unknown emissivity is the same but the temperature is generally different. The arrow with the description indicates the direction of the emitted radiation.
Příklad provedení vynálezuAn example of an embodiment of the invention
Praktický příklad bezkontaktního měření teplotních polí s využitím termografické barvy podle vynálezu je patrný z přiloženého obrázku.A practical example of non-contact measurement of temperature fields using the thermographic paint according to the invention can be seen in the attached picture.
Na obr. 1 je naznačena termovizní kamera, která snímá infračervené záření z měřeného povrchu. Na měřený povrch s neznámou emisivitou je v místě AI nanesena referenční termografická barva se známou emisivitou. Její teplotní, popřípadě časová závislost je rovněž známa. Termogramu je definována geometrická poloha analýzy AI, která odpovídá místu aplikace referenční termografické barvy. Termogramu je definována geometrická poloha analýzy A2. která odpovídá místu, kde je neznámá emisivita měřeného povrchu a kde se předpokládá stejná povrchová teplota, jako v místě aplikace referenční termografické barvy AI. Termogramu je definována geometrická poloha analýzy A3. Zjištění jejího teplotního pole je cílem měření. V oblasti A3 se předpokládá stejná neznámá emisivita, jako u analýzy A2, neboť jde o stejný materiál měřeného objektu. Teplota je však obecně jiná.Fig. 1 shows a thermal imaging camera that detects infrared radiation from the measured surface. A reference thermographic color with known emissivity is applied to the measured surface with unknown emissivity at the AI location. Its temperature or time dependence is also known. The thermogram is defined by the geometric position of the AI analysis, which corresponds to the place of application of the reference thermographic color. The geometric position of the A2 analysis is defined in the thermogram. which corresponds to the place where the emissivity of the measured surface is unknown and where the same surface temperature is assumed as at the place of application of the AI reference thermographic color. The geometric position of the A3 analysis is defined in the thermogram. Determining its temperature field is the goal of the measurement. In area A3, the same unknown emissivity is assumed as in analysis A2, since it is the same material of the measured object. However, the temperature is generally different.
Vyhodnocení termografického měření pak probíhá automaticky pro každý snímek z termovizní kamery podle následujícího postupu:The evaluation of the thermographic measurement then takes place automatically for each image from the thermal imaging camera according to the following procedure:
1. Radiometricky jsou změřeny intenzity infračerveného záření II, 12, 13 z oblastí Al, A2, A3. Je známa funkční závislost měřícího systému I = f(e, T) mezi intenzitou infračerveného záření I, teplotou T a emisivitou ε.1. Intensities of infrared radiation II, 12, 13 from areas Al, A2, A3 are measured radiometrically. The functional dependence of the measuring system I = f(e, T) between the intensity of infrared radiation I, temperature T and emissivity ε is known.
2. Je vyhodnocena teplota Tl na oblasti Al ze známé intenzity II a emisivity referenční termografické barvy εΐ:II = ί(ε1, Tl), II a εΐ jsou známé => Tl.2. The temperature Tl on the Al area is evaluated from the known intensity II and the emissivity of the reference thermographic color εΐ:II = ί(ε1, Tl), II and εΐ are known => Tl.
3. Je vyhodnocena emisivita ε2 na oblasti A2 ze známé intenzity 12 a teploty T2 = Tl : 12 = f(a2, T2), 12 a T2 jsou známé =í> ε2.3. The emissivity ε2 on area A2 is evaluated from the known intensity 12 and temperatures T2 = Tl : 12 = f(a2, T2), 12 and T2 are known =í> ε2.
4. Je vyhodnocena teplota T3 na oblasti A3 ze známé intenzity 13 a emisivity ε3 = ε2: 13 = ί(ε3, T3), 13 a ε3 jsou známé => T3.4. The temperature T3 on area A3 is evaluated from the known intensity 13 and emissivity ε3 = ε2: 13 = ί(ε3, T3), 13 and ε3 are known => T3.
5. Oblasti Al, A2 a A3 jsou v termogramu zobrazeny s odpovídajícími teplotami Tl, T2 a T3.5. Areas Al, A2 and A3 are shown in the thermogram with corresponding temperatures Tl, T2 and T3.
Uvedeným postupem je možné vyhodnotit a zobrazit celý termogram. Analýza A3 typicky pokrývá celý zbytek měřeného objektu, s výjimkou analýz Al a A2. Oblasti Al, A2 i A3 mohou být v termogramu tvořeny jedním, nebo více pixely, mohou mít různý tvar a velikost.Using the mentioned procedure, it is possible to evaluate and display the entire thermogram. Analysis A3 typically covers the entire rest of the measured object, with the exception of analyzes Al and A2. Areas Al, A2 and A3 can be made up of one or more pixels in the thermogram, they can have different shapes and sizes.
Výsledný termogram je zobrazen na oblasti Al s vyhodnocením teploty dle emisivity referenční termografické barvy a na oblastech A2 a A3 s vyhodnocením teploty podle emisivity z oblasti A2. Teplotní pole tak více odpovídá skutečnosti.The resulting thermogram is displayed on area Al with temperature evaluation according to the emissivity of the reference thermographic color and on areas A2 and A3 with temperature evaluation according to emissivity from area A2. The temperature field thus corresponds more closely to reality.
Výhodou bezkontaktního měření teplotních polí s využitím termografické barvy podle vynálezu je skutečnost, že celý termogram je vyhodnocen bez nutnosti předem zjištovat neznámou emisivitu měřeného objektu. Další výhodou je, že takto mohou být automatizovaně vyhodnocovány časové průběhy teplotních polí online, přímo při měření a to i za měnících se podmínek (teplotně závislá emisivita), nebo offline s využitím zaznamenaných sekvencí termogramů.The advantage of non-contact measurement of temperature fields using the thermographic paint according to the invention is the fact that the entire thermogram is evaluated without the need to determine the unknown emissivity of the measured object in advance. Another advantage is that the time courses of temperature fields can be automatically evaluated online, directly during measurement, even under changing conditions (temperature-dependent emissivity), or offline using recorded sequences of thermograms.
Popsanou metodu je vhodné implementovat jako softwarovou funkci měřícího zařízení, to je termovizní kamery, nebo počítače, který zaznamenává a vyhodnocuje data.The described method should be implemented as a software function of a measuring device, i.e. a thermal imaging camera or a computer that records and evaluates data.
::. : :: .::. : :: .
• ······ ······ · * · · · ·· · · ·' Průmyslová využitelnost• ······ ······ · * · · · ·· · · ·' Industrial applicability
Bezkontaktního měření teplotních polí s využitím termografické barvy podle vynálezu lze s úspěchem využít u uživatelů termovizních kamer pro měření teplotních polí a jako softwarovou funkci měřícího zařízení u výrobců termovizních kamer.Non-contact measurement of temperature fields using the thermographic paint according to the invention can be successfully used by users of thermal imaging cameras for measuring temperature fields and as a software function of the measuring device by manufacturers of thermal imaging cameras.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2016-217A CZ2016217A3 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Non-contact measurement of temperature fields using thermographic colours |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2016-217A CZ2016217A3 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Non-contact measurement of temperature fields using thermographic colours |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2016217A3 true CZ2016217A3 (en) | 2017-10-25 |
Family
ID=60084143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2016-217A CZ2016217A3 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Non-contact measurement of temperature fields using thermographic colours |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2016217A3 (en) |
-
2016
- 2016-04-14 CZ CZ2016-217A patent/CZ2016217A3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Datcu et al. | Improvement of building wall surface temperature measurements by infrared thermography | |
US6542849B2 (en) | Method for determining defect depth using thermal imaging | |
US9797756B2 (en) | Underlying wall structure finder and infrared camera | |
CN109313080B (en) | Method for the contactless determination of temperature and infrared measuring system | |
ATE322677T1 (en) | THERMOGRAPHY METHOD | |
CN102221410A (en) | Method for an IR-radiation -- based temperature measurement and IR-radiation -- based temperature measuring device | |
RU2379668C1 (en) | Method of thermal nondestructive check of working body | |
US9696210B2 (en) | Extended temperature range mapping process of a furnace enclosure using various device settings | |
EP2187189B1 (en) | Far infrared imaging apparatus, physical quantity detection method, and obstacle estimation apparatus and method | |
CZ2016217A3 (en) | Non-contact measurement of temperature fields using thermographic colours | |
RU2395074C2 (en) | Method of identifying objects hidden soil | |
Daffara et al. | Mid-infrared thermal imaging for an effective mapping of surface materials and sub-surface detachments in mural paintings: integration of thermography and thermal quasi-reflectography | |
US8304730B2 (en) | Nadir emissive hyperspectral measurement operation (NEHMO) | |
US20190154510A1 (en) | Method for Determining a Temperature without Contact and Infrared Measuring System | |
Costa et al. | Performance evaluation of colour codes on thermal image analysis–application in the wood damage detection | |
CN208043246U (en) | The temperature measuring equipment of thermometric objective body on a kind of electromagnetic stove | |
RU2224245C2 (en) | Method of determination of thermophysical characteristics of materials | |
Veselý et al. | Sensitivity analysis of high temperature spectral emissivity measurement method | |
Zhang et al. | Application of silicon-based camera for measurement of non-homogeneous thermal field on realistic specimen surface | |
Siroux et al. | A periodic technique for emissivity measurements of insulating materials at moderate temperature | |
JP6292609B2 (en) | Non-contact temperature measuring method and measuring apparatus | |
RO131286A2 (en) | Process for measuring emissivity specific to infrared camera | |
Benduch et al. | Measurements of a steel charge emissivity under strong irradiance conditions | |
CN109990900A (en) | The temperature measuring equipment and temp measuring method of thermometric objective body on a kind of electromagnetic stove | |
CZ306316B6 (en) | Method of measuring total emissivity of material surfaces |