LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Podobné dokumenty
Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

ZPRÁVA Z TERMOGRAFICKÉHO MĚŘENÍ

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

Školení CIUR termografie

Fyzikální podstata DPZ

Bezdotykové měření teploty

Snímkování termovizní kamerou

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Teoretické základy bezdotykového měření

TECHNICKÁ ZPRÁVA Z TERMOVIZNÍHO MĚŘENÍ PRO

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

TERMOGRAFICKÉ MĚŘENÍ LOPATEK ROTAČNÍHO STROJE "FROTOR"

I. diskusní fórum. Možnosti zajištění kvality stavby (diagnostická metoda infračervená termografie) VZDĚLÁVACÍ MATERIÁL O DISKUTOVANÉM TÉMATU

Termovizní měření. 1 Teoretický úvod. Cíl cvičení: Detekce lidské kůže na snímcích z termovizní i klasické kamery

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

EMISCALC (Emissivity Calculator)

Projekt FRVŠ č: 389/2007

Šíření tepla. Obecnéprincipy

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

ThermaCAM TM Researcher. Software pro zpracování a analýzu IR obrazů termokamer firmy FLIR.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA TECHNOLOGIÍ A MĚŘENÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ

Spektrální charakteristiky

Certifikované termodiagnostické měření.

DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Termodiagnostika pro úsporu nákladů v průmyslových provozech

Zpráva z termovizního měření Rodinný dům v lokalitě, Ostrava Vítkovice

Fyzikální praktikum II

Historie bezdotykového měření teplot

Použití termokamery v technické praxi

Infračervená termografie ve stavebnictví

Faktory ovlivňující intenzitu záření. Spektrální chování objektů. Spektrální odrazivost. Spektrální chování. Spektrální chování objektů [ ]

CW01 - Teorie měření a regulace

3.1 Laboratorní úlohy z osvětlovacích soustav

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Moderní metody rozpoznávání a zpracování obrazových informací 15

Infračervený teploměr

ANALÝZA VYBRANÝCH DETAILŮ STAVEBNÍ KONSTRUKCE OBVODOVÉHO PLÁŠTĚ STAVBY SUPERMARKETU GLOBUS V LIBERCI

DPZ - IIa Radiometrické základy

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE. Fakulta Elektrotechnická Katedra Energetiky. bakalářská práce

Fyzikální praktikum II

Termografie - měření povrchu železobetonového mostu

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Základy práce s IČT kamerou. Ing. Jan Sova, Centrum termografie

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm µm C C

Ing. Jiří Fejfar, Ph.D. Dálkový průzkum Země

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

1 ÚVOD 2 TEORETICKÉ POZADÍ INFRAČERVENÉ TERMOGRAFIE

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

Spektroskopie Vegy. e hc/k BλT. λ 5 1. L =4πR 2 σt 4, (2)

Solární kolektory - konstrukce

A5M13VSO MĚŘENÍ INTENZITY A SPEKTRA SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

Analýza sálavého toku podlahového a stropního vytápění Výzkumná zpráva

102FYZB-Termomechanika

Jaký význam má kritický kmitočet vedení? - nejnižší kmitočet vlny, při kterém se vlna začíná šířit vedením.

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Report termografické prohlídky

Měření a analýza mechanických vlastností materiálů a konstrukcí. 1. Určete moduly pružnosti E z ohybu tyče pro 4 různé materiály

A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Mikrovlny

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

TERMOVIZNÍ ZOBRAZOVAČE V TECHNICKÉ DIAGNOSTICE

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Termovizní snímkování tepelných ostrovů v Hradci Králové

VÝUKOVÝ SOFTWARE PRO ANALÝZU A VIZUALIZACI INTERFERENČNÍCH JEVŮ

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

Spektrální chování objektů

Vyjadřování přesnosti v metrologii

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teloty

Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. Měření termokamerou

PRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí.

Zobrazení v IR oblasti s využitím termocitlivých fólií

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Středoškolská technika 2016 ÚSPORA ENERGIE PŘI ZATEPLENÍ

9 OHŘEV NOSNÍKU VYSTAVENÉHO LOKÁLNÍMU POŽÁRU (řešený příklad)

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Detekce interakčních sil v proudu vozidel

Měření optických vlastností materiálů

Prezentace projektů Softwarové nástroje pro zpracování obrazu z termovizních měření

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

Defektoskopie. 1 Teoretický úvod. Cíl cvičení: Detekce měřicího stavu a lokalizace objektu

VYUŽITÍ TERMOVIZNÍ TECHNIKY PŘI VÝSTUPNÍ KONTROLE NAPÁJECÍCH ZDROJŮ

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Bezkontaktní termografie

Fyzikální praktikum III

Měření optických vlastností materiálů

vzorek vzorek

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2 Přednáška 5 - Chyby a nejistoty měření. Jan Krystek

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Bezkontaktní me ř ení teploty

Technologie a procesy sušení dřeva

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ.

Geometrická optika. Vnímání a měření barev. světlo určitého spektrálního složení vyvolá po dopadu na sítnici oka v mozku subjektivní barevný vjem

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

Transkript:

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE KATEDRA APLIKOVANÉ MATEMATIKY FAKULTA DOPRAVNÍ LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY Jméno Jana Kuklová Stud. rok 7/8 Číslo kroužku 2 32 Číslo úlohy 52 Ročník 2. Klasifikace Název úlohy Termovizní měření teplotních polí. Datum měření 7.12.7 Datum odevzdání Pomůcky Termokamera FLIR P65 měřené objekty Software ThermaCAM TM Reporter TM Úkol 1. Sledujte rozložení teplotního pole na vybraných objektech. 2. Vyhodnoťte parametr emisivity objektu a stanovte extrémy teploty v pořízeném záznamu. Dílčí úkoly 1. Pořiďte statický snímek rozložení teploty na vybraném objektu. 2. Pomocí software ThermaCAM TM Reporter TM vyhodnoťte emisivitu měřeného objektu. 3. Ve vybraných bodech stanovte hodnotu teploty. 4. Vykreslete průběh teploty na zvoleném profilu záznamu. 5. Vyhodnoťte histogram teplot ve zvolené oblasti záznamu. 6. Vyznačte v obrázku místa konstantní teploty.

Teoretický úvod Infračervená oblast elektromagnetického záření (IR) zahrnuje vlnové délky delší než pro viditelné světlo až po oblast mikrovln dělení dle vlnových délek: blízká infračervená oblast (0,75 3) µm střední infračervená oblast (3 6) µm daleká infračervená oblast (6-) µm pozn.: Vlnové délky pro tyto oblasti se velmi často udávají v angströmech: 1 Å = 10 4 µm Stefanův Boltzmannův zákon popisuje vyzařování tělesa v závislosti na jeho termodynamické teplotě: W= εσt 4 (1) W je intenzita vyzařování [W] = W m -2, ε je emisivita (pro černá tělesa ε =1) [ε] = 1, σ je Stefanova-Boltzmannova konstanta (σ = 5,67051 10-8 W m -2 K -4 ), T je termodynamická teplota [T] = K Černé těleso objekt, který absorbuje veškeré záření, které na něj dopadá, bez ohledu na vlnovou délku. Šedé (nečerné) těleso reálné objekty existují tři jevy, které mohou odlišovat reálný objekt od černého tělesa. Tyto složky jsou obecně závislé na vlnové délce, a proto pro jejich vyjádření užíváme spektrálních veličin: 1. část dopadajícího záření α může být pohlcena spektrální pohltivost α λ 2. část dopadajícího záření ρ může být odražena spektrální odrazivost ρ λ 3. část dopadajícího záření τ může tělesem prostoupit spektrální propustnost τ λ Tyto spektrální veličiny jsou definované vždy jako poměr pohlcené, eventuelně odražené či propuštěné energie ku celkové energii dopadající na těleso a jejich součet je vždy roven jedné. α λ + ρ λ + τ λ = 1 (2) Emisivita tělesa charakteristika každého tělesa (objektu), která se definuje jako poměr mezi vyzařováním daného objektu a černého tělesa; ε 0; 1 emisivita reálných povrchů: 0,1 0,95. nejdůležitější parametr, jehož volba ovlivňuje správnost výsledků při termovizních měřeních. hodnoty emisivity pro vybrané materiály budeme mít při měření k dispozici Spektrální emisivita tělesa emisivita ε λ definovaná pro určitou hodnotu λ ze zákonů vyzařování je zřejmé, že platí: ε λ = α λ (3)

Infračervená kamera (termokamera) vytváří obraz na základě povrchem tělesa emitovaného infračerveného záření pomocí termokamery lze stanovit teplotu daného tělesa (emitované infračervené záření závisí na teplotě povrchu tělesa) vlastní měření záření emitovaného povrchem objektu se provádí pomocí speciálních senzorů, bolometrů Bolometr (z řec. bole = paprsek) senzor pro bezdotykové měření teploty pracující na principu pyrometrie (měření celkového vyzářeného tepelného výkonu prostřednictvím infračerveného záření) obvykle se vyskytují v podobě integrovaných obvodů obsahující uspořádání více (až tisíců) bolometrů do matice, ty se pak označují jako mikrobolometry. jeho elektrický odpor se mění v závislosti na jeho teplotě (ta závisí na množství absorbovaného dopadajícího infračerveného záření), na základě změn odporu bolometru, je tedy možné stanovit teplotu objektu, přičemž je třeba zajistit tepelnou izolaci bolometru od svého okolí. Způsob měření Měření tělesa termokamerou se provádí podle následujícího blokového schématu: Při měření je třeba brát v úvahu několik faktů: 1. infračervené záření vyzařované tělesem závisí nejen na jeho teplotě, ale také na jeho emisivitě 2. infračervené záření vzniká také na okolních materiálech a je zkoumaným tělesem odráženo 3. záření emitované tělesem a odražené záření je částečně absorbováno atmosférou mezi objektem a kamerou (dáno vlhkostí vzduchu)

Před samotným měřením je tedy třeba stanovit správně korekční koeficienty, které známe: emisivita tento parametr nejvíce ovlivňuje vyhodnocení termogramu, často právě emisivita je předmětem měření (v případě, že známe teplotu měřeného tělesa) odražená teplota kompenzuje vliv záření odraženého měřeným tělesem a vliv záření z atmosféry mezi objektem a kamerou vzdálenost a relativní vlhkost pro případ vzduchu nemají příliš velkou váhu externí optika nastavuje se v případě použití jiného objektivu V případech, kdy je emisivita malá, vzdálenost mezi objektem a kamerou velká a teplota objektu je blízká odražené teplotě, hraje parametr odražené teploty v měření velkou roli. Pro samotné měření si vybereme jeden z připravených objektů. Rozložení teplotních polí na jeho povrchu se bude průběžně zobrazovat na LCD obrazovce kamery, přičemž jednotlivé barvy budou představovat určitou teplotu. Zde je důležité si uvědomit, že obraz je ovlivněn nastavením emisivity pro celý obrázek (v případě, že jsou zobrazeny objekty o různé emisivitě, nebudou všechny teploty odpovídat skutečné hodnotě). Pro další zpracování budou data z kamery přenesena v digitální podobě do počítače, kde posléze provedeme zpracování pomocí softwaru ThermaCAM TM Reporter TM. Měření a vypracování Před začátkem měření byly parametry v termokameře nastaveny následujícím způsobem: emisivita 0,96 vzdálenost objektu 2,4 m odražená teplota 8.0 C teplota vzduchu 24 C atm. propustnost 0,99 vlhkost vzduchu 50% Všechny parametry kromě emisivity odpovídaly podmínkám v laboratoři, za kterých bylo měření prováděno. Vedoucí cvičení pořídil termokamerou snímky několika připravených objektů. Naše skupina dostala ke zpracování ocelovou desku umístěnou na indukční plotýnce, která byla rovnoměrně zahřátá kalibrovaným zdrojem tepla na teplotu 240 C. Ocelová deska umístěná na indukční plotýnce byla rozdělena na tři části, přičemž spodní část byla natřena černou barvou, pravá horní část stříbrnou a levá horní část byla bez nátěru. I přesto, že deska byla zahřátá na konstantní teplotu, na první pohled byly na snímku patrné teplotní rozdíly mezi jednotlivými částmi desky. Je zřejmé, že tyto rozdíly byly způsobeny právě rozdílnou emisivitou jednotlivých povrchů. Dále jsme si všimli, že od středu ke kraji teplota všeobecně klesá, což bylo s největší pravděpodobností způsobeno vlivem okolního prostředí (teplota v laboratoři: 24 C). Po úvodní analýze jsme snímek přenesený do počítače zpracovali pomocí výše zmíněného softwaru. Samotné zpracování jsme rozdělili do tří částí, z nichž každá má svůj grafický výstup, který obsahuje snímky, grafy a výsledkové tabulky.

1. část zpracování stanovení emisivit a zobrazení teplotního průběhu Nejprve jsme umístili bod v blízkosti středu do oblasti natřené černou barvou. Předpokládali jsme, že v tomto bodě je teplota právě 240 C. Teplota se ve zmíněném bodě lehce lišila, a proto jsme provedli korekci emisivity na 0,95 (při této teplotě je již teplota ve zvoleném bodě 240,1 C). Dále jsme do každé ze tří oblastí ocelové desky umístili úsečku, podle níž jsme vykreslili teplotní průběh. Předpokládali jsme, že teplota v okolí středu desky je konstantní, a porovnáním průběhů (zejména jejich počátků) jsme stanovili emisivitu zbývajících dvou povrchů. Z grafu je patrné, že průběh teploty v oblasti s černým nátěrem (červeně) je velmi podobný průběhu v oblasti bez nátěru (zeleně). Narozdíl od toho průběh teploty v oblasti se stříbrným nátěrem (modře) je zcela odlišný. Zde totiž nepozorujeme žádné výrazné snížení teploty u kraje desky, což může být dáno odlišnými fyzikálními vlastnostmi nátěru (např. rozdílná tepelná kapacita). 2. část zpracování histogramy jednotlivých teplotních polí Při tomto zpracování jsme do snímku umístili tři plochy, které odpovídají jednotlivým oblastem ocelové desky. Každé z těchto ploch jsme přiřadili odpovídající emisivitu zjištěnou v předchozí části. Následně jsme pro každou vyznačenou plochu sestrojili histogram. Ty pouze potvrdili naše předchozí pozorování, a to že oblast se stříbrným lakem se chová poněkud odlišně než zbývající dvě části ocelové desky. 3. část zpracováníní zobrazení izotermy V závěrečné části jsme pod sebe umístili tři snímky a u každého z nich nastavili emisivitu zjištěnou v první části. Následně jsme do každého snímku přidali izotermu oblast o teplotách v rozmezí 230 C 245 C a pozorovali vždy právě tu oblast, která odpovídala nastavené emisivitě snímku. Na snímcích, kde jsme pozorovali oblast s černým lakem a oblast bez laku, vznikly podle našeho předpokladu kruhové výseče v okolí středu desky. Na snímku, který odpovídá stříbrnému laku je výstup poněkud odlišný a opět potvrzuje naše předchozí pozorování. Závěr Pomocí softwaru ThermaCAM TM Reporter TM jsme provedli analýzu rozložení teplotních polí ocelové desky umístěné na indukční plotýnce. Na základě známé teploty jsme stanovili emisivity jednotlivých povrchů ocelové desky: Povrch Emisivita matná černá barva 0,95 neupravená ocel 0,70 stříbrná barva 0,32 Tyto hodnoty jsou velmi blízké známým tabulkovým hodnotám, přičemž je třeba si uvědomit, že každý nátěr je trochu jiný, a proto jsou odchylky od tabulkových hodnot přijatelné. Dále jsme vykreslili průběh teploty na zvolených úsečkách a histogramy ve zvolených oblastech. Na závěr jsme pozorovali oblasti o konstantních teplotách (viz grafické výstupy). Ze všech těchto výstupů jsme vyvodili závěr, že stříbrný lak má poněkud odlišné fyzikální vlastnosti ve srovnání se zbývajícími dvěma povrchy, jelikož jsme u něj nepozorovali charakteristický pokles teploty od středu ke kraji způsobený nízkou teplotou okolního prostředí.

1. část měření teplotního průběhu a emisivit Li2 Li1 Sp1 Li3 75.0 C 260 240 230 220 210 190 180 170 160 Min Max Li1 235.5 253.2 Li2 174.8 251.0 Li3 168.8 242.2 Object Parameter Value Emissivity 0.95 Object Distance 2.4 m Reflected Temperature 8.0 C Atmospheric Temperature 24.0 C Atmospheric Transmission 0.99 Relative Humidity 50.0 % Value Sp1 240.1 C Li1 Emissivity 0.32 Li2 Emissivity 0.70 Li3 Emissivity 0.95

2. část měření rozložení teplot v jednotlivých polích Ar2 Ar1 Ar3 75.0 Object Parameter Value Emissivity 0.95 Object Distance 2.4 m Reflected Temperature 8.0 C Atmospheric Temperature 24.0 C Atmospheric Transmission 0.99 Relative Humidity 50.0 % Value Ar1 Emissivity 0.32 Ar2 Emissivity 0.70 Ar3 Emissivity 0.95 % % % 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 C 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 C 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 C Min Max Ar1 213.2 284.1 Min Max Ar2 167.1 253.6 Min Max Ar3 149.2 243.0

3. část měření izoterma Ar1 75.0 Object Parameter Value Emissivity 0.32 Isotherm 230 C 245 C Ar2 75.0 Object Parameter Value Emissivity 0.70 Isotherm 230 C 245 C Ar3 75.0 Object Parameter Value Emissivity 0.95 Isotherm 230 C 245 C