CZ305219B6 - Způsob automatického bezdotykového stanovení emisivity povrchu a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu automatického bezdotykového stanovení emisivity povrchu při měření teplotního pole objektu IČT kamerou, kdy se IČT kamerou změří zdánlivá povrchová teplota objektu bez a při ozáření objektu dodatečným zdrojem IČ záření a z rozdílu změřených hodnot zdánlivých teplot se určí emisivita povrchu objektu. Dále se vynález týká zařízení k provádění uvedeného způsobu, které je tvořeno IČT kamerou (1) a dodatečným zdrojem (2) IČ záření pokrývající spektrální rozsah IČT kamery (1) a s intenzitou IČ záření, která je dostatečná na to, aby záření při odrazu od měřeného povrchu (3) vytvořila na oblastech, jejichž emisivita má být určena, dostatečný rozdíl zdánlivých teplot oproti měření, bez použití tohoto dodatečného zdroje (2) IČ záření.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro bezdotykové stanovení emisivity povrchu měřeného objektu s pomocí infračervené termografické kamery (ICT kamery) a dodatečného zdroje infračerveného (IC) záření. Zařízení podle vynálezu také může být použito k odhadu vlivu odraženého okolního záření na vlastní výsledek měření, neboť odrazivost povrchu lze určit na základě hodnoty emisivity stanovené podle tohoto popsaného způsobu.

Dosavadní stav techniky

Během termografického měření a termografické diagnostiky v terénu pracuje ve většině případů měřicí technik s množstvím různých materiálů, z nichž je složen povrch měřených objektů. Právě vzhledem k velkému množství materiálů, které mohou být použity, a to navíc s různou povrchovou úpravou, která může mít vliv na emisivítu povrchu, je pro měřicího technika prakticky nemožné dopředu znát emisivity těchto materiálů. Ve většině případů je i nemožné během diagnostiky emisivitu materiálů určovat pomocí některé z dnes dostupných metod a to jednak vzhledem k časové náročnosti těchto metod, jednak vzhledem k tomu, že není možné v terénu zajistit všechny okolnosti, které tyto metody vyžadují, včetně dodatečného vybavení a přístupu k měřenému objektu.

Při termografickém měření se v současné době používá ICT kamera, která snímá vyzařované infračervené elektromagnetické záření z povrchu objektu a převádí jej na 2D signál - obraz, který se nazývá termogram aje rozdělen na diskrétní hodnoty, které se nazývají pixel. Intenzita zaznamenaného signálu odpovídá vyzářené a odražené zdánlivé teplotě z povrchu měřeného objektu.

Norma ČSN ISO 18434-1, která je českou verzí mezinárodní normy ISO 18434-1:2008, zmiňuje dva způsoby stanovení emisivity: za prvé určení emisivity s použitím dotykového teploměru a za druhé určení emisivity s použitím materiálu se známou emisivitou. I když jsou obě metody v praxi použitelné, vyžadují dodatečnou manipulaci s měřeným objektem, tj. dotyk, případně nalepení materiálu se známou emisivitou, nejsou použitelné u fyzicky nedostupných objektů - tj. například objektů v pohybu, ohrazených objektů, objektů pod napětím apod., a jsou časově náročné.

Časová náročnost stanovování emisivity při praktických měření prakticky vždy vede k zjednodušující úvaze, že emisivita je konstantní na celém povrchu objektu, či na jednotlivých částech měřeného objektu. Pokud je přesto během měření uvažováno, že se může emisivita povrchu měřeného objekt lišit v jednotlivých jeho částech, například pokud je objekt složen z různých materiálů, pokud mají jednotlivé části různou povrchovou úpravu apod., je třeba jeden zvýše uvedených postupů opakovat pro každou část, kde je emisivita nezávisle měřena, tato skutečnost samozřejmě celé měření prodlužuje. Navíc oba přístupy vyžadují manipulaci s měřeným objektem, což může vystavit měřicího technika v nebezpečí poranění či dokonce života. V mnoha případech není ani dodatečná manipulace s objektem možná - objekt je pod napětím, je ohrazen, je v pohybu apod.

Náročnost na obsluhuje tedy u těchto metod značná, neboť vyžadují dodatečnou fyzickou manipulaci s měřeným objektem, doplňující vybavení a jsou, vzhledem k nutnosti určit emisivitu jednotlivých částí povrchu zvlášť, časově náročné.

I když existuje řada dalších přístrojů a metod pro stanovování emisivit různých typů materiálů, jsou tyto metody vhodné pouze pro laboratorní účely, vyžadují nákladné dodatečné vybavení,

- 1 CZ 305219 B6 jsou časově značně náročné apod. Nevyhovují tedy praktickým požadavkům technické diagnostiky a prognostiky, jak je chápe např. norma ČSN ISO 13381.

Přesto je, alespoň orientační, znalost emisivity důležitým parametrem při vyhodnocování výsledků měření a to jak při aplikaci kvalitativní srovnávací termografie, tak kvantitativní srovnávací termografie. A to nejen vzhledem k přesnosti stanovení povrchové teploty, ale také, a někdy především, vzhledem k odhadu vlivu odražené zdánlivé teploty, která může být u materiálů s nízkou emisivitou, tj. 0,7 a méně, značným zdrojem chyb při měření a případně i problémem při opakovatelnosti měření, která je jedním z hlavních předpokladů srovnávací termografie.

Podstata vynálezu

Výše uvedené problémy do značné míry odstraňuje tento vynález. Cíle vynálezu je dosaženo současným použitím IČT kamery a dodatečného zdroje IČ záření.

Podstatou vynálezu je způsob stanovení emisivity, který se vyznačuje ozářením měřeného povrchu IČ zářením z externího zdroje. K určení emisivity jsou pak použity dva výsledky měření. Za prvé bez ozáření měřeného objektu zdrojem IČ záření a za druhé s ozářením měřeného objektu zdrojem IČ záření. Emisivita je pak stanovena na základě rozdílů naměřených hodnot odražené a vyzářené zdánlivé teploty z obou výsledků měření. Pro neprůhledné materiály v daném spektrálním rozsahu kamery lze na základě tohoto měření také stanovit jejich odrazivost a tím i odhadnout vliv okolního záření na velikost zdánlivé odražené teploty. Z popsaného je zřejmé, že způsob stanovení emisivity podle vynálezu se týká bezdotykového stanovení emisivity a nevyžaduje tedy dodatečnou manipulaci s měřeným objektem a je tedy možné stanovit i emisivitu nebezpečných, nedostupných či pohybujících se objektů. Způsob stanovení emisivity podle vynálezu se tedy vyznačuje nižší náročností na obsluhu, než je běžné u současných způsobů stanovení emisivity.

Další podstatou vynálezu je zařízení k provádění výše uvedeného způsobu. Podstatou vynálezu je doplnění IČT kamery o zdroj IČ záření, jehož spektrální rozsah vyzařování zasahuje do spektrálního rozsahu IČT kamery. Zdroj IČ záření může být umístěn buď fyzicky přímo na IČT kameře nebo externě tak, aby vyzařované záření z tohoto zdroje bylo z povrchu měřeného objektu odraženo do objektivu IČT kamery v požadovaném úhlu.

Zařízení podle vynálezu umožňuje stanovit emisivitu každého změřeného bodu v obraze IČT kamery zvlášť a tak provést korekci automaticky v příslušném software. Emisivita je zařízením stanovena ve vlnovém pásmu IČT kamery.

Z výše řečeného vyplývá, že způsob podle vynálezu se vyznačuje menší náročností na obsluhu a umožňuje automatizaci doposud ručně prováděných úkonů. Zařízení podle vynálezu je použitelné v terénu, tj. například ve výrobním provozu průmyslového podniku.

Objasnění výkresu

Způsob automatického bezdotykového stanovení emisivity povrchu při měření teplotního pole objektu a zařízení k provádění tohoto způsobu budou podrobněji popsány na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení podle vynálezu. Na obr. 2 je schematicky znázorněno další provedení zařízení podle vynálezu.

-2CZ 305219 B6

Příklad uskutečnění vynálezu

Při příkladném způsobu automatického bezdotykového stanovení emisivity povrchu při měření teplotního pole objektu IČT kamerou, se IČT kamerou změří zdánlivá povrchová teplota objektu bez a při ozáření objektu dodatečným zdrojem IČT záření a z rozdílu změřených hodnot zdánlivých teplot se určí emisivita povrchu objektu.

Zařízení k provádění uvedeného způsobuje tvořeno IČT kamerou £ a dodatečným zdrojem 2 IČ záření pokrývající spektrální rozsah IČT kamery £ a s intenzitou IČ zařízení, která je dostatečná na to, aby záření při odrazu od měřeného povrchu 3 vytvořila na oblastech, jejichž emisivita má být určena, dostatečný rozdíl zdánlivých teplot oproti měření, bez použití tohoto dodatečného zdroje 2 IČ záření.

V dalším příkladu je zařízení tvořeno IČT kamerou £ a dodatečným zdrojem 2 IČ záření pokrývající spektrální rozsah IČT kamery £ a s intenzitou IČ záření, podstatně vyšší, než je intenzita IČ záření měřeného povrchu 3.

Příkladem provedení vynálezu je použití IČT kamery £ FLIR T440 s rozlišením detektoru 320 x 240, teplotní citlivostí 45 mK, obrazovou frekvencí 60 Hz, spektrálním rozsahem 7,5 až 13 pm a rozsahem měření -20 °C až +1200 °C. Pro generování impulzu IČ záření byl použit externí zdroj 2 impulzu IČ záření s délkou impulzu 0,1 s a s intenzitou záření odpovídající desce o povrchové teplotě 90 °C a emisivitě 1. Měřeným objektem byla kovová deska o teplotě okolí, tj. přibližně 20 °C, s různými měřenými povrchy 3 s povrchovými nátěry, kterými byla dosažena různá emisivita povrchu. V případě dle obr. 1 je zdroj 2 IČ zařízení součástí IČT kamery £, v případě dle obr. 2 je zdroj 2 IČ záření externí.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení podle vynálezu lze využít zejména k určování emisivit při technické diagnostice elektrických strojů a zařízení během jejich činnosti například ve výrobním provozu průmyslového podniku a/nebo v jiných situacích, kdy je vyžadováno alespoň orientační stanovení emisivity měřeného povrchu a/nebo vlivu zdánlivé odražené teploty. Technické zařízení podle vynálezu s externím zdrojem záření může být použito i v oblasti nedestruktivního testování jako součást zařízení aktivní termografie.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob automatického bezdotykového stanovení emisivity povrchu při měření teplotního pole objektu infračervenou termografickou kamerou, vyznačující se tím, že se infračervenou termografickou kamerou změří zdánlivá povrchová teplota objektu bez a při ozáření objektu dodatečným zdrojem impulzu infračerveného záření o trvání minimálně doby potřebné ke změření teploty infračervenou termografickou kamerou a způsobení změny skutečné teploty objektu menší než je citlivost infračervenou termografickou kamerou při intenzitě generovaného infračerveného záření, které je minimálně dvakrát větší než je intenzita infračerveného záření měřeného povrchu a z rozdílu změřených hodnot zdánlivých teplot se určí emisivita povrchu objektu.

2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno infračervenou termografickou kamerou (1) a dodatečným zdrojem (2) pro generování impulzu infračerveného záření pokrývající spektrální rozsah infračervené termografické kamery (1) s trvá-3 CZ 305219 B6 ním minimálně dobu potřebnou ke změření teploty infračervenou termografickou kamerou a maximálně dobu pro udržení změny skutečné teploty objektu menší než je citlivost infračervené termografické kamery (1) při minimálně dvojnásobné intenzitě generovaného infračerveného záření oproti intenzitě infračerveného záření měřeného povrchu (3).