RO131286B1

RO131286B1 - Process for measuring emissivity specific to infrared camera

Info

Publication number: RO131286B1
Application number: ROA201400988A
Authority: RO
Inventors: Dragoş-Alexandru-Cristian Varsescu; Dragoş- Alexandru-Cristian Varsescu; Ionela-Cristina Pachiu; Ionela- Cristina Pachiu
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Microtehnologie
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2021-02-26
Also published as: RO131286A2

Description

RO 131286 Β1RO 131286 Β1

Invenția se referă la un procedeu de măsurare a emisivității unei suprafețe pentru a fi folosită cu o cameră în infraroșu la aplicații termografice.The invention relates to a method of measuring the emissivity of a surface for use with an infrared camera in thermographic applications.

Sunt cunoscute din literatură mai multe procedee de măsurare a emisivității unei suprafețe. Aceste procedee, în marea lor majoritate, folosesc sfere (sau semisfere) de integrare și măsoara emisivitatea spectrală semisferică (emisivitatea sub un unghi solid de 2n la o anumită lungime de undă). Aceste măsurători, sunt făcute, în general, în scopuri de cercetare fundamentală și au o serie de dezavantaje când rezultatele lor sunt folosite de utilizatorul unei camere de termoviziune (infraroșu-IR):Several procedures for measuring the emissivity of a surface are known from the literature. These methods, for the most part, use integrating spheres (or hemispheres) and measure the hemispherical spectral emissivity (the emissivity under a solid angle of 2n at a given wavelength). These measurements are generally made for basic research purposes and have a number of disadvantages when their results are used by the user of a thermal imaging (infrared-IR) camera:

- o cameră IR nu înregistrează radiația sub un unghi solid de 2n, ci sub un unghi solid mult mai mic, dat de sistemul optic al camerei. Deoarece emisivitatea unui corp real poate depinde de direcție, rezultă că emisivitatea totală a acestuia poate fi diferită de emisivitatea direcțională, sub un unghi mai mic de 2n, care este de interes în cazul unei camere IR. O astfel de situație este prezentată în fig. 1, care reprezintă radiația unui corp negru (fig. 1 .a), aceeași în toate direcțiile, comparativ cu radiația unui corp real (fig. 1 .b), care poate varia cu direcția. în această situație, emisivitatea semisferică a corpului real (raportul dintre radiația semisferică emisă de corpul real și radiația semisferică emisă de corpul negru la aceeași temperatură) diferă de emisivitatea sa pe direcția normală, care, la rândul său, va diferi de emisivitatea pe o direcție laterală;- an IR camera does not record radiation under a solid angle of 2n, but under a much smaller solid angle given by the optical system of the camera. Since the emissivity of a real body can depend on direction, it follows that its total emissivity can be different from the directional emissivity, under an angle smaller than 2n, which is of interest in an IR camera. Such a situation is shown in fig. 1, which represents the radiation of a black body (fig. 1 .a), the same in all directions, compared to the radiation of a real body (fig. 1 .b), which can vary with direction. in this situation, the hemispherical emissivity of the real body (the ratio of the hemispherical radiation emitted by the real body to the hemispherical radiation emitted by the blackbody at the same temperature) differs from its emissivity in the normal direction, which in turn will differ from the emissivity in a direction lateral;

- o cameră IR înregistrează radiația într-un anumit interval spectral. După cum emisivitatea din majoritatea studiilor științifice este dată la o anumită lungime de undă, este posibil ca acea lungime de undă să nu se afle în intervalul spectral la care sunt sensibili senzorii camerei IR. Chiar dacă acea lungime de undă la care se dă emisivitatea se află în intervalul de sensibilitate al senzorilor camerei IR, deoarece emisivitatea unui corp real poate varia cu lungimea de undă (λ), este posibil ca acea emisivitate să nu fie corectă pe tot intervalul. Poate apărea chiar situația din fig. 2, care reprezintă emisivitățile (e) pentru două suprafețe diferite în intervalul λ.] - λ₂, considerat a fi intervalul de sensibilitate al senzorilor unei camere IR. în această situație, este posibil ca la o anumită temperatură, camera IR să înregistreze exact aceeași cantitate de radiație, deși emisivitățile celor două suprafețe diferă în acel interval. Variațiile de emisivitate din intervalul de sensibilitate al senzorilor camerei IR sunt transparente camerei IR;- an IR camera records radiation in a certain spectral range. As the emissivity in most scientific studies is given at a specific wavelength, that wavelength may not be in the spectral range to which the IR camera sensors are sensitive. Even if the wavelength at which the emissivity is given is within the sensitivity range of the IR camera sensors, because the emissivity of a real body can vary with wavelength (λ), that emissivity may not be correct over the entire range. Even the situation in fig. 2, which represents the emissivities (e) for two different surfaces in the range λ.] - λ ₂ , considered to be the sensitivity range of the sensors of an IR camera. in this situation, it is possible that at a given temperature, the IR camera will record exactly the same amount of radiation, even though the emissivities of the two surfaces differ in that range. Emissivity variations within the sensitivity range of IR camera sensors are transparent to the IR camera;

- de asemenea, emisivitatea unui obiect depinde de compoziția sa exactă cât și de calitatea suprafeței.- also, the emissivity of an object depends on its exact composition as well as the quality of the surface.

Din aceste motive, pentru cele mai bune rezultate, posesorul unei camere IR, trebuie să își facă propriile măsurători de emisivitate, folosind chiar camera IR. Aceste măsurători vor da cele mai bune rezultate doar pentru acea cameră IR sau pentru o cameră IR similară (având același unghi de cuprindere și aceeași curbă de sensibilitate a senzorilor).For these reasons, for the best results, the owner of an IR camera should make their own emissivity measurements, using the IR camera itself. These measurements will only give the best results for that IR camera or a similar IR camera (having the same angle of coverage and the same sensor sensitivity curve).

Pentru a măsura emisivitatea specifică unei camere IR, montajul de bază este prezentat în fig. 3.1, care reprezintă schematic camera 11R pentru care se fac determinările, un încălzitor 2 folosit pentru a încălzi proba 3 la temperatura la care se dorește a se măsura emisivitatea. încălzitorul 2, care trebuie să producă o temperatură uniformă pe suprafața sa, este alimentat și controlat cu ajutorul unei surse de tensiune 5, iar temperatura este măsurată cu ajutorul unui termometru de contact 4. Proba 3, pentru care se dorește măsurarea emisivității va fi vopsită pe jumătate cu o vopsea având o emisivitate foarte apropiată de 1, considerată a fi o bună aproximare a unui corp negru, care va fi folosită ca referință.To measure the specific emissivity of an IR camera, the basic setup is shown in fig. 3.1, which schematically represents the chamber 11R for which the determinations are made, a heater 2 used to heat the sample 3 to the temperature at which it is desired to measure the emissivity. the heater 2, which must produce a uniform temperature on its surface, is powered and controlled by means of a voltage source 5, and the temperature is measured by means of a contact thermometer 4. Sample 3, for which it is desired to measure the emissivity, will be painted half with a dye having an emissivity very close to 1, considered to be a good approximation of a black body, which will be used as a reference.

Camerele IR profesioniste dispun de un software de achiziție, în interiorul căruia se poate vedea harta intensității radiației captată de cameră și transformată, de obicei, în gradient de culoare. O astfel de imagine este prezentată schematic în fig. 3.2, unde se pot observa încălzitorul 2 folosit pentru a încălzi proba 3, alimentat prin sursa 5 și termometrulProfessional IR cameras have acquisition software, inside which you can see the radiation intensity map captured by the camera and usually converted into a color gradient. Such an image is shown schematically in fig. 3.2, where the heater 2 used to heat the sample 3, powered by source 5 and the thermometer can be seen

RO 131286 Β1 folosit pentru a seta temperatura la care se fac determinările. în mod normal, software-ul 1 unei astfel de camere permite selecția uneia sau a mai multor regiuni de pe proba 3 pentru a face o medie pe ele 3'. Deși, conform montajului, temperatura este uniformă pe suprafața 3 probei 3, este mai bine să se facă o medie pe o anumită regiune decât să se selecteze un singur pixel, deoarece pot apărea mici fluctuații de la pixel la pixel datorate zgomotului. 5 în acest moment, raportarea radiației obținută de la zona nevopsită a probei 3 la radiația obținută de la zona vopsită a probei 3 pentru a determina emisivitatea suprafeței ar 7 fi eronată, deoarece radiația provenită din zona nevopsită a probei 3 conține atât radiație emisă de aceasta cât și radiație reflectată de aceasta. Conform legii lui Kirchhoff a radiației, 9 pentru un corp opac, emisivitatea este complementară cu reflectivitatea (e + a = 1). Cum emisivitatea suprafeței ce se dorește a fi măsurată este mai mică decât 1, rezultă că 11 reflectivitatea sa este diferită (mai mare) de 0. în aceste condiții, pentru o determinare corectă a radiației emisă de suprafață, respectiv a emisivității sale, se poate fie a bloca 13 reflexiile, fie a le calcula, ambele metode fiind extrem de dificile, dacă nu chiar imposibil, de realizat în practică. 15RO 131286 Β1 used to set the temperature at which determinations are made. Normally, the software 1 of such a camera allows the selection of one or more regions on the sample 3 to average them 3'. Although, according to the fitting, the temperature is uniform over the surface 3 of sample 3, it is better to average over a certain region than to select a single pixel, as small pixel-to-pixel fluctuations due to noise may occur. 5 at this point, reporting the radiation obtained from the unpainted area of sample 3 to the radiation obtained from the painted area of sample 3 to determine the surface emissivity would 7 be erroneous, because the radiation from the unpainted area of sample 3 contains both radiation emitted by it as well as radiation reflected by it. According to Kirchhoff's law of radiation, 9 for an opaque body, emissivity is complementary to reflectivity (e + a = 1). As the emissivity of the surface to be measured is lower than 1, it follows that its reflectivity is different (higher) than 0. under these conditions, for a correct determination of the radiation emitted by the surface, respectively of its emissivity, it is possible either to block 13 reflections or to calculate them, both methods being extremely difficult, if not impossible, to achieve in practice. 15

Invenția prezentată în JPH04242129A folosește la măsurarea temperaturii unui obiect. Când temperatura obiectului ce se dorește a fi caracterizat este aceeași cu tempe- 17 ratura ambientală, radiația provenită de la acesta și înregistrată de cameră este întotdeauna egală cu radiația pe care ar fi emis-o un corp negru (emisivitatea e = 1), deoarece suma 19 radiației emise de acel obiect plus radiația reflectată de acel corp din ambient vor fi echivalente cu radiația unui corp negru având aceeași temperatură cu obiectul de interes, res- 21 pectiv ambientul. Această invenție, nu permite, însă, diferențierea între radiația emisă de obiectul de interes și radiația reflectată de acesta. 23The invention presented in JPH04242129A is used to measure the temperature of an object. When the temperature of the object to be characterized is the same as the ambient temperature, the radiation coming from it and recorded by the camera is always equal to the radiation that a black body would have emitted (emissivity e = 1), because the sum 19 of the radiation emitted by that object plus the radiation reflected by that body from the environment will be equivalent to the radiation of a black body having the same temperature as the object of interest, respectively the environment. This invention, however, does not allow the differentiation between the radiation emitted by the object of interest and the radiation reflected by it. 2. 3

Scopul invenției este de a crește precizia de măsurare a unei camere IR prin diferențierea între radiația emisă de obiectul de interes și radiația reflectată de acesta și 25 măsurarea emisivității obiectului de interes.The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy of an IR camera by differentiating between the radiation emitted by the object of interest and the radiation reflected by it and measuring the emissivity of the object of interest.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în diferențierea radiației emisă 27 de suprafața pentru care se determină emisivitatea de radiația reflectată de aceasta.The technical problem that the invention solves consists in differentiating the radiation emitted by the surface for which the emissivity is determined from the radiation reflected by it.

Procedeul de măsurare a emisivității unei suprafețe, cu ajutorul unei camere IR, 29 conform invenției, constă într-o primă etapă în care proba ce se dorește a fi măsurată este vopsită pe jumătate cu o vopsea având o emisivitate apropiată cu 1, considerată o bună 31 aproximare a unui corp negru, și folosită ca referință, apoi proba se încălzește uniform cu ajutorul unui prim încălzitor, la o temperatură la care se dorește determinarea emisivității, 33 încălzitorul fiind controlat și alimentat de la o sursă, iar temperatura de la suprafață a probei fiind măsurată cu ajutorul unui termometru de contact, în timp ce un al doilea încălzitor este 35 încălzit la o temperatură Τ_υ iar cu ajutorul unei camere în infraroșu se determină radiația E_bbemisă de jumătatea vopsită a probei, și radiația E_p1 emisă de jumătatea nevopsită a probei, 37 care va conține și radiația E_r1 provenită de la încălzitor, reflectată de aceasta, se repetă apoi etapa anterioară pentru încălzitorul încălzit la temperatura T₂, și se determină radiația E_bb 39 emisă de zona vopsită a probei, și radiația emisă E_p2 de zona nevopsită a probei, care va conține și radiația E_r2 provenită de la încălzitorul și reflectată de aceasta, și întrucât cele două 41 determinări au fost făcute în aceeași poziție, se cunoaște E_r1/E_r2 = E₁(T₁)/E₂(T₂), iar raportul E^T^/E^) se cunoaște din caracterizarea prealabilă din punct de vedere radiativ a 43 încălzitorului, obținându-se astfel un sistem de ecuații cu ajutorul căruia se poate calcula emisivitatea probei specifice camerei în infraroșu, la temperatura dat de primul încălzitor. 45The process of measuring the emissivity of a surface, with the help of an IR camera, 29 according to the invention, consists of a first stage in which the sample to be measured is half painted with a paint having an emissivity close to 1, considered a good 31 approximation of a black body, and used as a reference, then the sample is heated uniformly with the help of a first heater, to a temperature at which it is desired to determine the emissivity, 33 the heater being controlled and fed from a source, and the surface temperature of of the sample being measured using a contact thermometer, while a second heater is heated to a temperature Τ _υ and with the help of an infrared camera the radiation E _bb emitted by the painted half of the sample is determined, and the radiation E _p1 emitted by the unpainted half of the sample, 37 which will also contain the radiation E _r1 from the heater, reflected by it, the previous step is then repeated for the heater heated to temperature ture T ₂ , and determine the radiation E _bb 39 emitted by the painted area of the sample, and the radiation E _p2 emitted by the unpainted area of the sample, which will also contain the radiation E _r2 coming from the heater and reflected by it, and since the two 41 determinations were made in the same position, E _r1 /E _r2 = E ₁ (T ₁ )/E ₂ (T ₂ ) is known, and the ratio E^T^/E^) is known from the previous characterization from the radiative point of view of the 43 heater, thus obtaining a system of equations with the help of which the emissivity of the sample specific to the infrared chamber can be calculated, at the temperature given by the first heater. 45

Avantajul prezentei invenții constă în aceea că, pe lângă determinarea temperaturii obiectului de interes, permite și diferențierea între radiația emisă de obiectul de interes și 47 radiația reflectată de acesta și, deci, și măsurarea emisivității (respectiv, reflectivității) obiectului de interes. 49The advantage of the present invention is that, in addition to determining the temperature of the object of interest, it also allows the differentiation between the radiation emitted by the object of interest and the radiation reflected by it and, therefore, also the measurement of the emissivity (respectively, the reflectivity) of the object of interest. 49

RO 131286 Β1RO 131286 Β1

Se dă în continuare exemple de realizare ale invenției în legătură cu figurile care reprezintă:Examples of embodiments of the invention are given below in connection with the figures which represent:

- fig. 1, radiația unui corp negru (a), radiația unui corp real (b);- fig. 1, radiation of a black body (a), radiation of a real body (b);

- fig. 2, emisivitățile pentru două suprafețe diferite în intervalul λ.] -λ₂, considerat a fi intervalul de sensibilitate al senzorilor unei camere IR;- fig. 2, the emissivities for two different surfaces in the interval λ.] -λ ₂ , considered to be the sensitivity interval of the sensors of an IR camera;

- fig. 3.1, montaj de bază pentru măsurarea emisivității specifică unei camere IR;- fig. 3.1, basic setup for measuring the specific emissivity of an IR camera;

- fig. 3.2, harta intensității radiației captată de camera IR;- fig. 3.2, the radiation intensity map captured by the IR camera;

- fig. 4.1, montaj pentru calculul radiației reflectate și radiației emisă de probă;- fig. 4.1, setup for calculating the reflected radiation and the radiation emitted by the sample;

- fig. 4.2, montaj pentru calculul radiației reflectate și radiației emise de probă în cazul materialelor având reflexia predominant difuză (în speță nemetalele);- fig. 4.2, assembly for the calculation of the reflected radiation and the radiation emitted by the sample in the case of materials with predominantly diffuse reflection (in this case non-metals);

- fig. 5.1, montaj de măsurare a emisivității IR a unei suprafțe specifice unei camere IR;- fig. 5.1, installation for measuring the IR emissivity of a specific surface of an IR camera;

- fig. 5.2, montaj de măsurare a emisivității IR pentru materiale având reflexia predominant speculară;- fig. 5.2, IR emissivity measurement setup for materials with predominantly specular reflection;

- fig. 5.3, montaje pentru măsurarea emisivității probei sub diferite unghiuri, de la unghiuri mai mari la unghiuri mai mici și se extrapolează pentru a afla emisivitatea normală.- fig. 5.3, setups to measure the emissivity of the sample at different angles from higher to lower angles and extrapolate to find the normal emissivity.

Invenția se referă la un procedeu de măsurare a emisivității suprafeței unei probe 3, specifică unei camere 1 IR. Procedeul presupune încălzirea probei 3 cu ajutorul unui încălzitor 2, construit astfel încât să producă o temperaturăuniformă pe suprafața sa, temperatura ce va fi controlată cu o sursă de tensiune 5. Adițional, un termometru de contact 4 va fi folosit pentru a stabili exact temperatura suprafeței probei 3 la care se determină emisivitatea. Proba 3 va fi, în prealabil, vopsită pe jumătate cu o vopsea având o emisivitate apropiată de 1, considerată a fi o bună aproximare a unui corp negru și care va fi folosită ca referință. Cu ajutorul încălzitorului 2, proba 3 va fi încălzită la temperatura la care se dorește a fi măsurata emisivitatea sa. Proba 3 va fi privită cu camera 1 IR pentru care se face determinarea emisivității. Raportarea, în acest moment, a radiației obținută de la zona nevopsită a probei 3 la radiația obținută de la zona vopsită a probei 3 pentru a determina emisivitatea suprafeței ar fi eronată, deoarece radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 conține atât radiație emisă cât și radiație reflectată de aceasta.The invention refers to a method of measuring the surface emissivity of a sample 3, specific to an IR camera 1. The process involves heating the sample 3 with the help of a heater 2, built in such a way as to produce a uniform temperature on its surface, the temperature which will be controlled with a voltage source 5. Additionally, a contact thermometer 4 will be used to accurately establish the temperature of the surface sample 3 where the emissivity is determined. Sample 3 will be half-painted beforehand with a paint having an emissivity close to 1, considered to be a good approximation of a blackbody and used as a reference. Using heater 2, sample 3 will be heated to the temperature at which its emissivity is to be measured. Sample 3 will be viewed with IR camera 1 for which the emissivity is determined. At this point, reporting the radiation obtained from the unpainted area of sample 3 to the radiation obtained from the painted area of sample 3 to determine the surface emissivity would be erroneous, since the radiation from the unpainted area of sample 3 contains both emitted and and radiation reflected from it.

Pentru a putea calcula cât mai exact radiația reflectată, respectiv radiație emisă de proba 3 se va introduce un al doilea încălzitor 6 care va produce radiația ambientală ce va fi reflectată de partea nevopsită a probei 3, fig. 4.1. Acest al doilea încălzitor 6 va fi, de asemenea, construit astfel încât să producă pe suprafața de emisie o temperatură uniformă, ce va fi controlată precis cu o a doua sursă de tensiune 7. Suprafața de emisie a celui de-al doilea încălzitor 6 va fi, de asemenea, vopsită cu o vopsea având emisivitatea apropiată de 1, pentru a ne asigura că radiația provenită de la acesta este exclusiv radiația emisă de acesta și nu conține, la rândul său, radiație reflectată din mediu. Acest al doilea încălzitor 6 va fi construit și poziționat astfel încât radiația reflectată de suprafața nevopsită a probei 3 să provină în exclusivitate de la el. Deoarece, chiar și în acest caz, o estimare exactă a radiației provenită de la cel de-al doilea încălzitor 6 și reflectată de zona nevopsită a probei 3 este dificil de realizat, se va folosi următorul procedeu.In order to be able to calculate as accurately as possible the reflected radiation, respectively the radiation emitted by sample 3, a second heater 6 will be inserted which will produce the ambient radiation that will be reflected by the unpainted part of sample 3, fig. 4.1. This second heater 6 will also be constructed so as to produce a uniform temperature on the emission surface, which will be precisely controlled with a second voltage source 7. The emission surface of the second heater 6 will be , also painted with a paint having an emissivity close to 1, to ensure that the radiation coming from it is exclusively the radiation emitted by it and does not contain, in turn, radiation reflected from the environment. This second heater 6 will be constructed and positioned so that the radiation reflected by the unpainted surface of the sample 3 comes exclusively from it. Since, even in this case, an accurate estimate of the radiation coming from the second heater 6 and reflected by the unpainted area of the sample 3 is difficult to achieve, the following procedure will be used.

Cu ajutorul camerei 1 IR , cel de-al doilea încălzitor 6 va fi caracterizat radiativ la două temperaturi difertite, ?! și T₂, și se va calcula raportul EțT^/EțT^. Valorile exacte ale E^T^ și E₂(T₂), înregistrate de camera 1 IR, vor depinde de geometria încălzitorului 6, de poziționarea sa față de camera 1 IR, cât și de proprietățile camerei 1, însă, indiferent de forma și poziția încălzitorului 6, raportul E^T^/E^T^ va fi întotdeauna același. în același mod, pentru o geometrie a încălzitorului 6 și o poziție dată, radiația provenită de la acestaWith the help of the IR camera 1, the second heater 6 will be radiatively characterized at two different temperatures, ?! and T ₂ , and the ratio EțT^/EțT^ will be calculated. The exact values of E^T^ and E ₂ (T ₂ ), recorded by the IR camera 1, will depend on the geometry of the heater 6, on its positioning with respect to the IR camera 1, as well as on the properties of the camera 1, however, regardless of the shape and heater position 6, the ratio E^T^/E^T^ will always be the same. in the same way, for a geometry of the heater 6 and a given position, the radiation coming from it

RO 131286 Β1 și reflectată de zona nevopsită a probei 3, în obiectivul camerei 1 IR, la temperaturile ?! și 1 T₂ va avea raportul R^T^/R^T^ = E^T^/E^T^. Această proprietate va fi folosită pentru a crea un sistem de ecuații din care se poate calcula radiația emisă de suprafața nevopsită a 3 probei 3, respectiv emisivitatea sa.RO 131286 Β1 and reflected by the unpainted area of sample 3, in the lens of IR camera 1, at temperatures ?! and 1 T ₂ will have the ratio R^T^/R^T^ = E^T^/E^T^. This property will be used to create a system of equations from which the radiation emitted by the unpainted surface of sample 3 can be calculated, i.e. its emissivity.

Se dă în continuare un exemplu de punere în practică a procedeului de măsurare a 5 emisivității IR a unei suprafețe specifică unei camere 1 IR în legătură cu fig. 4.1 și 4.2, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, camera 1 IR , încălzitorul 2, proba 3, vopsită pe 7 jumătate cu vopsea având emisivitatea apropiată de 1 și încălzitorul 6 folosit pentru a controla reflexiile, vopsit, de asemenea, pe suprafața de emisie, cu vopsea având emisivitatea 9 apropiată de 1. încălzitorul 2 este încălzit la temperatura la care se dorește măsurarea emisivității cu ajutorul sursei 5, în timp ce încălzitorul 6 va fi încălzit cu ajutorul sursei 7. Tem- 11 peraturile probei 3 și a încălzitorului 6 vor fi controlate cu ajutorul termometrului de contact 4. Se pot, de asemena, folosi termometre diferite. 13An example of the implementation of the method for measuring the IR emissivity of a surface specific to an IR camera 1 in connection with fig. 4.1 and 4.2, which schematically represent, in section, from above, IR chamber 1 , heater 2, sample 3, painted on 7 half with paint having emissivity close to 1 and heater 6 used to control reflections, also painted on the emission surface, with paint having the emissivity 9 close to 1. the heater 2 is heated to the temperature at which the emissivity measurement is desired with the help of the source 5, while the heater 6 will be heated with the help of the source 7. 11 the temperatures of the sample 3 and of the heater 6 will be controlled with the contact thermometer 4. Different thermometers can also be used. 13

Pentru materialele având reflexia predominant difuză(în speță nemetale), cel mai potrivit mod de a realiza încălzitorul 6 este în formă de con, cu o mică fantă în vârf prin care 15 privește camera 1 IR. încălzitorul 6 este poziționat ca în fig. 4.2, astfel încât toată radiația reflectată de zona nevopsită a probei 3 în obiectivul camerei 1 IR să provină exclusiv de la 17 încălzitor 6.For materials having predominantly diffuse reflection (in this case non-metals), the most suitable way to make the heater 6 is cone-shaped, with a small slit at the top through which 15 looks at the IR camera 1. the heater 6 is positioned as in fig. 4.2, so that all the radiation reflected by the unpainted area of the sample 3 in the lens of the IR camera 1 comes exclusively from the 17 heater 6.

Procedeul de măsurare e emisivității probei 3 are următorii pași:19The procedure for measuring the emissivity of sample 3 has the following steps: 19

1. Se realizează un montaj precum cel din fig. 4.1, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, camera 1 IR și încălzitorul 6, alimentat de sursă 7;211. An assembly like the one in fig. 4.1, which schematically represents, in section, from above, the IR chamber 1 and the heater 6, fed by the source 7;21

2. încălzitorul 6 este încălzit la o temperatură T,;2. the heater 6 is heated to a temperature T,;

3. Se notează cantitatea de radiație emisă de încălzitor 6 la acestă temperatură și 23 recepționată de camera 1 IR - E^TJ;3. Write down the amount of radiation emitted by heater 6 at this temperature and 23 received by chamber 1 IR - E^TJ;

4. încălzitorul 6 este încălzit la o temperatură T₂, diferită de T,;254. the heater 6 is heated to a temperature T ₂ , different from T,;25

5. Se notează cantitatea de radiație emisă de încălzitor 6 la acestă temperatură și recepționată de camera 1 IR - E₂(T₂).275. Write down the amount of radiation emitted by heater 6 at this temperature and received by room 1 IR - E ₂ (T ₂ ).27

6. Se calculează raportul E^T^/E^Tj). Acest raport este independent de geometria montajului și depinde exclusiv de temperaturile T, și T₂ și de curba de răspuns a senzorilor 29 camerei 1 IR (cunoscând cu precizie curba de răspuns a senzorilor camerei 1 IR, acest raport poate fi calculat și teoretic, dar este mai sigur să fie măsurat direct); 316. Calculate the ratio E^T^/E^Tj). This ratio is independent of the mounting geometry and depends exclusively on the temperatures T, and T ₂ and the response curve of the sensors 29 of the IR camera 1 (knowing precisely the response curve of the sensors of the IR camera 1, this ratio can also be calculated theoretically, but it is safer to measure directly); 31

7. Se realizează montajul din fig. 4.2, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, camera 1 IR, încălzitorul 2, proba 3, vopsită pe jumatătea vopsită având emisivitatea apro- 33 piață de 1 și încălzitorul 6;7. The assembly from fig. 4.2, which schematically represents, in section, from above, IR chamber 1, heater 2, sample 3, painted on the painted half having an emissivity of approximately 1 and heater 6;

8. încălzitorul 2 este încălzit la temperatura la care se dorește a se măsura emisi- 35 vitatea probei 3;8. heater 2 is heated to the temperature at which it is desired to measure the emissivity of sample 3;

9. încălzitorul 6 este încălzit la temperatura T,; 379. heater 6 is heated to temperature T,; 37

10. Cu ajutorul camerei 1 IR se determină radiația emisă de zona vopsită a probei10. With the help of IR camera 1, the radiation emitted by the painted area of the sample is determined

- E_bb și radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 - E_p1. Radiația provenită de la 39 zona nevopsită a probei 3 va conține radiația emisă de aceasta E_e1 și radiația provenită de la încălzitorul 6 și reflectată de aceasta - E_r1. Deci E_p1 = E_e + E_r1. 41- E _bb and the radiation coming from the unpainted area of sample 3 - E _p1 . The radiation coming from the 39 unpainted area of the sample 3 will contain the radiation emitted by it E _e1 and the radiation coming from the heater 6 and reflected by it - E _r1 . So E _p1 = E _e + E _r1 . 41

11. încălzitorul 6 este încălzit la temperatura T₂;11. heater 6 is heated to temperature T ₂ ;

12. Cu ajutorul camerei 1 IR se determină radiația emisă de zona vopsită a probei 43 (3) - E_bb si radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 - E_p2. Radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 va conține radiația emisă de aceasta E_e și radiația provenită de 45 la încălzitorul 6 și reflectată de aceasta - E^. Deci E_p2 = E_e + E^.12. With the help of IR camera 1, determine the radiation emitted by the painted area of sample 43 (3) - E _bb and the radiation coming from the unpainted area of sample 3 - E _p2 . The radiation from the unpainted area of sample 3 will contain the radiation emitted by it E _e and the radiation coming from 45 to the heater 6 and reflected by it - E^. So E _p2 = E _e + E^.

RO 131286 Β1RO 131286 Β1

Deoarece cele două determinări au fost făcute în aceeași poziție se cunoaște E_r1/E,2 = E₁(T₁)/E₂(T₂) și astfel se obține un sistem de ecuații cu ajutorul căruia se poate calcula emisivitatea probei 3 specifica camerei 1 IR, respectiv E_e/E_bb la temperatura dată de încălzitorul 2.Since the two determinations were made in the same position, E _r1 /E,2 = E ₁ (T ₁ )/E ₂ (T ₂ ) is known and thus a system of equations is obtained with the help of which the emissivity of the specific sample 3 can be calculated room 1 IR, respectively E _e /E _bb at the temperature given by heater 2.

Se dă în continuare un exemplu de punere în practică a procedeului de măsurare a emisivității IR a unei suprafețe specifică unei camere 1 IR în legătură cu fig. 5.1, 5.2 și 5.3, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, camera 1 IR, încălzitorul 2, proba 3, vopsită pe jumătate cu vopsea având emisivitatea apropiată de 1 și încălzitorul 6 folosit pentru a controla reflexiile, vopsit, de asemenea, pe suprafața de emisie, cu vopsea având emisivitatea apropiată de 1. încălzitorul 2 este încălzit la temperatura la care se dorește măsurarea emisivității cu ajutorul sursei 5, în timp ce încălzitorul 6 va fi încălzit cu ajutorul sursei 7. Temperaturile probei 3 și a încălzitorului 6 vor fi controlate cu ajutorul termometrului de contact 4 (fig. 5.2). Se pot, de asemena, folosi termometre diferite.An example of the implementation of the method of measuring the IR emissivity of a surface specific to an IR camera 1 in connection with fig. 5.1, 5.2 and 5.3, which schematically represent, in section, from above, IR chamber 1, heater 2, sample 3, half painted with paint having emissivity close to 1 and heater 6 used to control reflections, also painted, on the emission surface, with paint having an emissivity close to 1. heater 2 is heated to the temperature at which the emissivity measurement is desired using source 5, while heater 6 will be heated using source 7. Temperatures of sample 3 and heater 6 will be controlled using the contact thermometer 4 (fig. 5.2). Different thermometers can also be used.

Pentru materialele având reflexia predominant speculară (în speță metale), cel mai potrivit montaj este cel din fig. 5.2, în care încălzitorul 6 și camera 1 IR sunt așezate sub un unghi față de normală la proba 3 ce se dorește a fi caracterizată, astfel încât întreaga radiație reflectată de jumătatea nevopsită a probei 3 și captată de camera 1 IR să provină exclusiv de la încălzitor 6.For materials with predominantly specular reflection (in this case metals), the most suitable mounting is the one in fig. 5.2, in which the heater 6 and the IR camera 1 are placed at an angle to the normal to the sample 3 to be characterized, so that all the radiation reflected by the unpainted half of the sample 3 and captured by the IR camera 1 comes exclusively from heater 6.

Procedeul de măsurare e emisivtății probei 3 are următorii pași:The procedure for measuring the emissivity of sample 3 has the following steps:

1. Se realizează un montaj precum cel din fig. 4.1, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, camera 1 IR și încălzitorul 6, alimentat de sursa 7;1. An assembly like the one in fig. 4.1, which schematically represents, in section, from above, the IR chamber 1 and the heater 6, powered by the source 7;

2. încălzitorul 6 este încălzit la o temperatura T,;2. the heater 6 is heated to a temperature T,;

3. Se notează cantitatea de radiație emisă de încălzitor 6 la acestă temperatură și recepționată de camera 1 IR - E^TJ;3. Write down the amount of radiation emitted by the heater 6 at this temperature and received by the room 1 IR - E^TJ;

4. încălzitorul 6 este încălzit la o temperatură T₂, diferită de T,;4. the heater 6 is heated to a temperature T ₂ , different from T,;

5. Se notează cantitatea de radiație emisă de încălzitor 6 la acestă temperatură și recepționată de camera 1 IR - E₂(T₂);5. The amount of radiation emitted by heater 6 at this temperature and received by room 1 IR - E ₂ (T ₂ ) is noted;

6. Se calculează raportul E^T^/E^Tj). Acest raport este independent de geometria montajului și depinde exclusiv de temperaturile T, și T₂ și de curba de răspuns a senzorilor camerei 1 IR (cunoscând cu precizie curba de răspuns a senzorilor camerei 1 IR, acest raport poate fi calculat și teoretic, dar este mai sigur să fie măsurat direct);6. Calculate the ratio E^T^/E^Tj). This ratio is independent of the mounting geometry and depends exclusively on the temperatures T, and T ₂ and the response curve of the IR camera 1 sensors (knowing precisely the response curve of the IR camera 1 sensors, this ratio can also be calculated theoretically, but it is safer to measure directly);

7. Se realizează montajul din fig. 4.2, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, camera 1 IR, încălzitorul 2, proba 3, vopsită pe jumătate cu vopsea având emisivitatea apropiată de 1 și încălzitorul 6;7. The assembly from fig. 4.2, which schematically represents, in section, from above, IR chamber 1, heater 2, sample 3, half painted with paint having emissivity close to 1, and heater 6;

8. încălzitorul 2 este încălzit la temperatura la care se dorește a se măsura emisivitatea probei 3;8. the heater 2 is heated to the temperature at which it is desired to measure the emissivity of the sample 3;

9. încălzitorul 6 este încălzit la temperatura T,;9. heater 6 is heated to temperature T,;

10. Cu ajutorul camerei 1 IR se determină radiația emisă de zona vopsită a probei 3 - E_bb și radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 - E_p1. Radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 va conține radiația emisă de aceasta E_e1 și radiația provenită de la încălzitorul 6 și reflectată de aceasta - E_r1. Deci E_p1 = E_e + Er1;.10. With the help of camera 1 IR, the radiation emitted by the painted area of the sample 3 - E _bb and the radiation coming from the unpainted area of the sample 3 - E _p1 are determined. The radiation coming from the unpainted area of the sample 3 will contain the radiation emitted by it E _e1 and the radiation coming from the heater 6 and reflected by it - E _r1 . So E _p1 = E _e + Er1;.

12. Cu ajutorul camerei 1 IR se determină radiația emisă de zona vopsită a probei 3 - E_bbi radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 - E_p2. Radiația provenită de la zona nevopsită a probei 3 va conține radiația emisă de această Ee și radiația provenită de la încălzitorul 6 și reflectată de aceasta - E^. Deci E_p2 = E_e + E^.12. With the help of camera 1 IR, the radiation emitted by the painted area of the sample 3 - E _bb and the radiation coming from the unpainted area of the sample 3 - E _p2 are determined. The radiation coming from the unpainted area of the sample 3 will contain the radiation emitted by this Ee and the radiation coming from the heater 6 and reflected by it - E^. So E _p2 = E _e + E^.

RO 131286 Β1RO 131286 Β1

Deoarece cele două determinări au fost făcute în aceeași poziție se cunoaște 1 E_r1/E,2 = E₁(T₁)/E₂(T₂) și astfel se obține un sistem de ecuații cu ajutorul căruia se poate calcula emisivitatea probei 3 specifică camertei 11R, respectiv E_e/E_bb la temperatura dată de 3 încălzitorul 2.Since the two determinations were made in the same position, 1 E _r1 /E,2 = E ₁ (T ₁ )/E ₂ (T ₂ ) is known and thus a system of equations is obtained with the help of which the emissivity of sample 3 can be calculated specific to chamber 11R, respectively E _e /E _bb at the temperature given by 3 heater 2.

Deoarece acest montaj nu permite măsurarea directă a emisivității normale, se poate 5 folosi soluția prezentată în fig. 5.3, care reprezintă schematic, în secțiune, de sus, încălzitorul 2, proba 3, camera 1 IR și încălzitorul 6. Se măsoara emisivitate probei 3 sub diferite 7 unghiuri, de la unghiuri mai mari la unghiuri mai mici și se extrapolează pentru a afla emisivitatea normală.Since this setup does not allow the direct measurement of the normal emissivity, the solution shown in fig. 5.3, which schematically represents, in section, from above, heater 2, sample 3, IR chamber 1 and heater 6. Measure the emissivity of sample 3 at different 7 angles, from higher to lower angles, and extrapolate to find normal emissivity.

Claims

RO 131286 Β1

1 Claim

3 Procedure for measuring the emissivity of a surface, with the help of an IR camera (1), characterized in that it consists of a first stage in which the sample (3) to be measured is half painted with a paint having an emissivity close to 1, considered a good approximation of a black body, and used as a reference, then the sample (3) is heated uniformly with the help of a first heater (2), to a temperature at which the emissivity determination is desired, the heater ( 2) being controlled and fed from a source (5), and the temperature at the surface of the sample (3) being measured by means of a contact thermometer (4), while a second heater (6) is heated to a temperature and with the help of an infrared camera (1) determine the radiation (E _bb ) emitted by the painted half of the sample (3), and the radiation (E _p1 ) emitted by the unpainted half of the sample, which will also contain the radiation (E _r1 ) 13 coming from the heater (6), reflected by it, repeat a poi the previous step for the heater (6) heated to temperature T ₂ , and the radiation (E _bb ) emitted by the painted area 15 of the sample, and the radiation emitted (E _p2 ) by the unpainted area of the sample, which will also contain the radiation (E _r2 ) coming from the heater (6) and reflected by it, and since the two determinations were made in the same position, we know E _r1 /E _r2 = E ₁ (T ₁ )/E ₂ (T ₂ ), and the ratio E ₁ (T ₁ )/E ₂ (T ₂ ) is known from the preliminary characterization from the radiative point of view of the heater (6), thus obtaining a system of equations with the help of which the emissivity of the sample specific to the room can be calculated ( 1) in infrared, at the temperature given by the first heater (2).