CZ306316B6 - Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů - Google Patents
Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306316B6 CZ306316B6 CZ2012-175A CZ2012175A CZ306316B6 CZ 306316 B6 CZ306316 B6 CZ 306316B6 CZ 2012175 A CZ2012175 A CZ 2012175A CZ 306316 B6 CZ306316 B6 CZ 306316B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sample
- coating
- analyzed
- emissivity
- total emissivity
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Totální emisivita povrchů materiálů se zjišťuje tak, že vzorek (1) umístěný v držáku (4) vzorků má na přední straně nanesen analyzovaný povlak (2). Na části analyzovaného povlaku (2) je nanesen referenční povlak (3). Referenční povlak (3) je rovněž nanesen na zadní stranu vzorku (1). Ze zadní strany vzorku (1) je prováděn laserový ohřev. Z přední strany vzorku (1), z místa analyzovaného povlaku (2) je snímán radiační tepelný tok a z přední strany vzorku (1), z místa referenčního povlaku (3) je bezkontaktně snímána povrchová teplota. Záznam radiačního tepelného toku a povrchové teploty při chladnutí vzorků umožňuje stanovit totální emisivitu analyzovaného povrchu.
Description
Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu zjišťování totální emisivity povrchů materiálů v závislosti na teplotě s cílem získání znalosti vysokoteplotního chování povrchů materiálů a tím i možnosti provádění žádoucí modifikace povrchu těchto materiálů.
Dosavadní stav techniky
Nejprve bude objasněn pojem samotné emisivity. Emisivita je definována jako poměr intenzity vyzařování reálného tělesa HE k intenzitě absolutně černého tělesa HE0 se stejnou teplotou. Emisivita tak určuje schopnost tělesa vyzařovat teplo. Je to bezrozměrná veličina.
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 podobně.
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.
Emisivita absolutně černého tělesa ε = 1
Emisivita reálného tělesa ετ nabývá tedy hodnot ετ<1, maximálně ετ = 1
Výpočet emisivity ετ= HE/HE0
He je intenzita vyzařování reálného tělesa. Udává výkon vyzářený plochou reálného tělesa do celého poloprostoru.
Heo jde intenzita absolutně černého tělesa. Udává výkon vyzářený plochou černého tělesa do celého poloprostoru.
Dosavadní způsoby měření totální emisivity se prováděly tak, že měření teploty bylo buď na stejné straně vzorku, kde se prováděl ohřev (opačná strana než je měřená vrstva). Potom nutně zjišťovaná teplota byla jiná, než teplota povrchu měřené vrstvy. Nebo se měření provádělo na opačné straně vzorku, než se prováděl ohřev (stejná strana, kde je měřená vrstva), ale měření teploty probíhalo kontaktním způsobem, což také vnáší chyby do měření povrchové teploty.
Měření prováděná oběma výše uvedenými způsoby byla tedy nepřesná a nedávala správný a pro další použití i potřebný obraz o skutečných hodnotách. Pro zvýšení přesnosti bylo třeba provádět určité korekce a obsluha musela mít velké zkušenosti, aby měření bylo objektivní.
- 1 CZ 306316 B6
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje způsob měření totální emisivity povrchů materiálů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na vzorku, umístěném v držáku vzorku, je na jeho přední stranu nanesen analyzovaný povlak a na jeho zadní stranu je nanesen referenční povlak. Referenční povlak je rovněž nanesen na přední stranu vzorku, na část analyzovaného povlaku. Ze zadní strany vzorku je prováděn laserový ohřev. Z přední strany vzorku, z míst analyzovaného povlaku, je snímán radiační tepelný tok. Z přední strany vzorku, z míst referenčního povlaku, je rovněž bezkontaktně snímána povrchová teplota. Ze zjištěných hodnot se stanovuje totální emisivita.
Záznam radiačního tepelného toku a povrchové teploty (obojí ze strany, kde je analyzovaná vrstva) při chladnutí vzorků umožňuje stanovit totální emisivitu analyzovaného povrchu v závislosti na teplotě.
Výhodou poměrně přesného měření totální emisivity povrchů materiálů podle vynálezu je získání znalostí o vysokoteplotním chování povrchů materiálů a tím i možnost provádět modifikaci povrchů materiálů.
Objasnění výkresu
Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém je schematicky naznačen způsob měření totální emisivity povrchů materiálů dle vynálezu. Jednotlivé šipky s popisem naznačují jednotlivé procesy ohřevu, ochlazování i měření teploty okolí, měření radiačního tepelného toku a bezkontaktní měření povrchové teploty.
Příklad uskutečnění vynálezu
Praktický příklad způsobu měření totální emisivity povrchů materiálů podle vynálezu je patrný z přiloženého obrázku.
Na obr. 1 je naznačen vzorek 1 umístěný v držáku 4 vzorku. Analyzovaný povlak 2 je nanesen na přední stranu vzorku 1. Na zadní stranu vzorku 1 je nanesen referenční povlak 3. Referenční povlak 3 je rovněž nanesen na část analyzovaného povlaku 2 na přední straně vzorku 1. Ze zadní strany vzorku Ije prováděn laserový ohřev. Z přední strany vzorku 1, z míst analyzovaného povlaku 2 je snímán radiační tepelný tok. Z přední strany vzorku 1, z místa referenčního povlaku 3 je bezkontaktně snímána povrchová teplota.
Vzorky 1 ve tvaru kruhových penízků jsou vloženy do držáku 4 vzorků, jenž je tvořen keramickou destičkou, na níž jsou dvě vrstvy sibralu zajišťující boční tepelnou izolaci vzorku U Držák 4 vzorků je pevně spojen s hliníkovým podstavcem, v němž je zabudována křemíková dioda, která bezkontaktně snímá povrchovou teplotu přední strany vzorku 1. Pod podstavcem je umístěn analyzátor tepelného toku. V keramické destičce jsou dva otvory oddělující vstupy k měření povrchové teploty (na analyzovaném povlaku 2 je nanesen referenční povlak 3 ve formě referenční barvy) a radiačního tepelného toku (analyzovaný povlak 2).
K ohřevu vzorku 1 je používán výkonný diodový laser. Teplota vzorků 1 je měřena bezkontaktně Si diodou z povrchu analyzovaného povlaku 2 pokrytého referenční barvou. Radiační tepelný tok z povrchu analyzovaného povlaku 2 je snímán širokopásmovým analyzátorem tepelného toku. Si dioda je připojena na napájecí napětí a měřicí ústřednu, analyzátor radiačního tepelného toku je připojen k samostatné měřicí ústředně.
O
Z důvodu přesnosti měření teploty je třeba provádět kalibraci měření. Si dioda snímá bezkontaktním způsobem tepelné záření z povrchu vzorku 1. Výstupním signálem z elektronického obvodu Si diody je hodnota napětí, která odpovídá emisivitě a teplotě měřeného povrchu. Pokud je měřený povrch vždy upraven stejnou referenční barvou, pak napěťový výstup Si diody odpovídá měřené povrchové teplotě.
Při kalibraci Si diody pro bezkontaktní měření povrchové teploty je potřeba snímat kromě signálu Si diody též teplotu měřeného povrchu dotykovým způsobem, v tomto případě přibodovanými termočlánky typu K. Získají se dva časové průběhy-napěťový signál Si diody a povrchová teplota měřená na kalibračním vzorku kontaktním způsobem. Z nich je možno vyhodnotit kalibrační křivku Si diody.
Elektronický obvod Si diody umožňuje přepínat zesílení signálu diody, to znamená, že je možné vyhodnotit více kalibračních křivek pro jednotlivé rozsahy měřené povrchové teploty. Jako optimální se jeví tři rozsahy měření povrchové teploty:
nejnižší hodnoty povrchové teploty, střední hodnoty povrchové teploty, vyšší hodnoty povrchové teploty.
Zpřesnění vyhodnocení totální emisivity analyzovaného povlaku 2 lze dosáhnout citlivostní analýzou, jejímž cílem je zjistit vliv vybraných parametrů metody na povrchovou teplotu ve vybraných místech analyzovaného vzorku.
Celkovým výsledkem je potom poměrně přesná hodnota zjištěné totální emisivity povrchu materiálu.
Průmyslová využitelnost
Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů podle vynálezu lze s úspěchem využít všude tam, kde je zapotřebí získat poměrně přesné znalosti o vysokoteplotním zářivém chování povrchů materiálů s cílem provádět modifikace povrchů materiálů. Jedná se o materiály zejména oblasti energetiky.
Claims (1)
1. Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů na vzorku, umístěném v držáku vzorku, kdy na přední straně vzorkuje nanesen analyzovaný povlak, na jehož části je nanesen referenční povlak, vyznačující se tím, že referenční povlak (3) je nanesený rovněž na zadní straně vzorku (1), ze zadní strany vzorku (1) je prováděn laserový ohřev, z přední strany vzorku (1), z místa analyzovaného povlaku (2), je snímán radiační tepelný tok a z přední strany vzorku (1), z místa referenčního povlaku (3), je bezkontaktně snímána povrchová teplota, přičemž z nasnímaných hodnot se stanovuje totální emisivita.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-175A CZ306316B6 (cs) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-175A CZ306316B6 (cs) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2012175A3 CZ2012175A3 (cs) | 2013-09-25 |
| CZ306316B6 true CZ306316B6 (cs) | 2016-11-30 |
Family
ID=49210341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2012-175A CZ306316B6 (cs) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306316B6 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10054495B2 (en) | 2013-07-02 | 2018-08-21 | Exergen Corporation | Infrared contrasting color temperature measurement system |
| CZ309252B6 (cs) * | 2020-11-24 | 2022-06-22 | Západočeská Univerzita V Plzni | Způsob měření plošného rozložení emisivity povrchu materiálu |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ281821B6 (cs) * | 1993-05-03 | 1997-02-12 | Luboš Ing. Drsc. Hes | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů |
-
2012
- 2012-03-13 CZ CZ2012-175A patent/CZ306316B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ281821B6 (cs) * | 1993-05-03 | 1997-02-12 | Luboš Ing. Drsc. Hes | Způsob bezkontaktního měření povrchové teploty a/nebo emisivity objektů |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Appl Phys A (2008), 92, str. 945-949 * |
| Int J Thermophys (2010), 31, str. 998-1010 * |
| Odbor termomechanika technologických procesu, Funkcní vzorek, Funkcní vzorek zarízení HTPL-A pro merení relativní totální emisivity povlaku; prosinec 2010 (http://www.zcu.cz/ntc/vysledky/fv/NTC-FV-06-10.html) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2012175A3 (cs) | 2013-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7661876B2 (en) | Infrared target temperature correction system and method | |
| Zhang et al. | An improved algorithm for spectral emissivity measurements at low temperatures based on the multi-temperature calibration method | |
| KR970077431A (ko) | 기판 온도 측정을 위한 방법 및 장치 | |
| Savino et al. | Free emissivity temperature investigations by dual color applied physics methodology in the mid-and long-infrared ranges | |
| IE921487A1 (en) | Method and device for calibrating an optical pyrometer and corresponding calibration wafers | |
| Hernandez et al. | Experimental validation of a pyroreflectometric method to determine the true temperature on opaque surface without hampering reflections | |
| CN106896132B (zh) | 用于对试样进行热分析和/或用于对温度测量装置进行校准的方法和设备 | |
| CZ306316B6 (cs) | Způsob měření totální emisivity povrchů materiálů | |
| US20190154510A1 (en) | Method for Determining a Temperature without Contact and Infrared Measuring System | |
| JP6401350B2 (ja) | 試料の熱分析時における温度調整の較正方法 | |
| US20180372659A1 (en) | Thermal properties measuring device | |
| US4204120A (en) | Process and apparatus for the measurement of the factor of infra-red absorption or emission of materials | |
| CN208043246U (zh) | 一种电磁灶上测温目标体的测温装置 | |
| CN109990907B (zh) | 一种目标体的红外参数测定装置及测定方法 | |
| Wang et al. | A novel accuracy validation method of surface temperature measurement by the ReFaST pyrometer | |
| JPH0676922B2 (ja) | 放射温度測定装置 | |
| CN109990900B (zh) | 一种电磁灶上测温目标体的测温装置及测温方法 | |
| CN107860789A (zh) | 在对试样进行热分析时用于校准调温的方法 | |
| JP2001281064A (ja) | 単色放射温度計の較正方法 | |
| RU2597937C1 (ru) | Способ измерения интегральной излучательной способности с помощью прямого лазерного нагрева (варианты) | |
| Hiraka et al. | Rapid-response hybrid-type surface-temperature sensor | |
| Kreider et al. | Lightpipe proximity effects on Si wafer temperature in rapid thermal processing tools | |
| RU2456557C1 (ru) | Способ измерения температуры | |
| Midyk et al. | Methods of measuring and controlling temperature and the possibility of their involvement for the formation of temperature subsystems | |
| Benduch et al. | Measurements of a steel charge emissivity under strong irradiance conditions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20200313 |