Základy pyrometrie - pyrometrie bezkontaktní měření teloty výhody: zanedbatelný vliv měříí tehniky na objekt možnost měření rotujííh nebo pohybujííh se těles možnost měření ryhlýh teplotníh změn lze snímat a zobrazovat elé povrhy těles termovize nevýhody: hyba způsobená nejistotou stanovení emisivity měřeného tělesa hyba způsobená prostupností prostředí hyba způsobená odraženým zářením z okolního prostředí
Plankův zákon: M o - spektrální hustota intenzity záření [W/m ] C 3,74.0-6 Wm C,44. 0 - mk 5 0 e M ds d M m W M Φ Stefan-Boltzmanův zákon: σ 0 4 0 0 d M M σ 5,67.0 0-8 Wm K -4
Wienův zákon: < 0,, < 3000 zjednodušený Plankův zák.: M 0 5 e C K M [W.m. m ] - - µ 0 0 4 0 0 0 0-0 -4 3000K 000K 500K 300K 00K 77K Wienův posunovaí zákon: m b s rostouí klesá a naopak 0-6 0-0 0 0 0 0 3 [ µ m] b konst. 898 µmk
Lambertův zákon: I ϕ I N os ϕ L ϕ S os ϕ L ϕ S n I zářivost: d Φ d Ω zář: L ds di os ϕ závislost záře na úhlu pro černé těleso a další materiály:
pohltivost α Φ Φ p d prostupnost τ Φ Φ t d odrazivost ρ Φ Φ r d α Φ p Φ d τ Φ t Φ d ρ Φ r Φ d - pohltivost pro danou vln. délku -pohlený tok -dopadajíí tok - prostupnost pro danou vln. délku -prostupujíí tok -dopadajíí tok - odrazivost pro danou vln. délku -odražený tok -dopadajíí tok!! vztahy jsou pro monohromatiké záření - vlnová délka!! emisivita M α f (, )
- atmosfériká prostupnost 5 o C: 00 τ [%] HO CO HO 0 HO HO CO CO 3 4 5 6 [ µ m] 00 τ [%] HO CO 0 7 8 9 0 3 4 5 [ µ m] - pro reálná tělesa platí vztah: M εm 0 ; M ε M0
τ [%] propustnost optiky 00 90 80 70 60 50 40 30 0 0 0 křemen safír BaF ZnS MgF 4 6 8 0 4 6 8 0 KBr 300K 77K [ µ m] 00 90 τ 80 [%] ZnSe 70 60 50 40 30 0 0 0 4 6 8 0 4 6 8 0 Si Ge 300K 77K [ µ m]
Pyrometrie bezkontaktní měření teloty termočlánkové baterie senzory infračerveného záření Bolometry pyroelektriké detektory polovodičové (kvantové) detektory hlavní problémy: emisivita: neznámá závislá na vlnové déle závislá na teplotě závislost na úhlu k měřenému povrhu pohltivost prostředí
Okolní vlivy na přesnost IR teploměru
metody: úhrnný pyrometr - především termočlánkový jednopásmový pyrometr ( jasový ) dvoupásmový pyrometr. termočlánková baterie - konstruována jako tenké kovové pásky nebo Si tehnologií - často umístěna ve vakuové baňe parametr pro výběr materiálu: Z α σ typ 8 500 o Ca ví typ 7-8 µm
. Bolometry - užívají prinipu odporovýh senzorů teploty - tenké vrstvy oxidů (např. MnO, MgO, NiO, ) nanesené na nevodivé tenké podlože
Mikrobolometr Surfae Sensing resistor miromahined pixel Nitride membrane SCD 00.PP Anhoring ontat Air gap (~.5 µm) Substrate Ciruitry present in the substrate Seletion line odporový senzor teploty spojen se substrátem jen tenkými přívody
3. Pyroelektriké detektory pyroelektriký jev změna spontánní polarizae P S při změně materiály: GS, PZ, LiaO 3, PVDF pyroelektriký koefiient: p P S pyroelektriký čip se zesilovačem + PS dq S C εs a ε ε r ( a o ) d S p( ) d S U Q C transparentní elektroda nutná rotujíí lona pyroelektrikum S du ε o a p( ) d ε ( ) r elektroda
kompenzovaný integrovaný pyroelektriký senzor: optiký filtr
4. Kvantové (fotoelektriké) detektory -hlavně se užívají fotoodpory detektivita kvantovýh senzorů infračerveného záření: PbS 77K PbS 95K 0 / - PbSe 77K InSb 77K D [m. Hz. W ] 0 0 Si:As 4,K Ge:Hg 8K PbSe 95K Si:Sb 4,K HgCde 77K 0 9 3 4 5 6 7 89 0 0 30 40 [ µ m]
Relativní itlivost (detektivita) infračervenýh detektorů D * / (m Hz W ) 0 5 0 4 0 3 0 0 0 0 0 9 0 8 0 7 0 6 Si CCD HgCdZne 93 K PbSe 43 K HgCdZne 43 K teoretiké maximum fotonapěťovýh detektorů termoelek. detektor pyroelek. detektor 0 4 6 8 0 b) ( µ m)
Pyrometry úhrnné pyrometry jednopásmové dvoupásmové. Úhrnné radiační pyrometry - vyhodnoení teploty podle Stefan-Boltzmanova zák. M S skutečná teplota 0 černá teplota teplota černého zářiče M intenzita záření 4 0 M0d σ 0 σ 5,67.0 0-8 Wm K -4 -pyrometry jsou výrobem ejhovány podle černého tělesa -tepelné záření se na senzor zaostřuje soustavou čoček nebo zradlem
M σ σετ p 4 4 0 S S o 4 ετ p d S S 0,5 dε ε. ε (,) černé těleso L 0 0,8 0,8 ε - emisivita τ p prostupnost atmosféry τ OP prostupnost optiky Φ Z tok ze zářiče Φ PO tok z pouzdra detektoru 0,6 emisivita 0,6 0,4 měřené 0,4 těleso 0,. L 0, ε 0 0 0 3 4 5 6 7 8 µ [ m] ε
. Jednopásmové pyrometry -typ polovodič. senzor + filtr -monohromatiké pyrometry existují jen teoretiky ( ef, ε ef ) Ω oπ 5 o o 5 S S d S S e + S dε ε ε Ω µ 000K,44.0 - nk o o τ π ln( ε τ ) e L, černé těleso ψ L 0 měřené těleso 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0, 0, 0,5.5,,5 3 3,5 4 [ µ m] ε ψ, ε (,)
OS5 6 000 Kč Přesnost: ±% ze čtení, rozsah: -8 až 540 C, optika 0: OS530L 000 Kč přesnost: ±% ze čtení, rozsah: -8 až 538 C, optika 0:, bodové laserové zaměřování
Určení emisivity ε:. z tabulek. kalibraí nekovové materiály 0,85-0,9 neoxidované kovy 0,5-0, Al, Au, Ag 0,0-0,04 u kovů, Si, keramiky ε
3. Dvoupásmové pyrometry S S P P o o e e e e L L 5 5 5 5 ε ε π Ω π Ω z Plank. zákona platí pro poměr záření: ln ε ε P S Φ 3 4 5 6 7 8 9 0 3 U U
termovize ehniké parametry: eplotní rozlišení: 0, při 30 C Rozsah zaostřování: 0,4 m až nekonečno Detektor PbSe: hlazený termometriký Frekvene snímání: 5 Hz Výstup video: RS 70 Rozměry: 98 0 8,3 mm Hmotnost:,5 kg Praovní teplota: -0 C až + 50 C Rázy / Vibrae: 5 g / g Rozlišení hledáčku: 400 řádků Hmotnost 0,85 kg Příkon 7 W AGEMA 0
Long Range hermal Imager
Jasový pyrometr + S 0 ln( ε τ ) α τ - S 0 - skutečná teplota měřeného předmětu [K] - teplota naměřená pyrometrem[k] je vlnová délka [m] - konstanta, ε - emisivita,44.0 τ - spektrální propustnost α - spektrální pohltivost - [m.k]
Vláknooptiká sonda - IR snadné umístění na těžko dostupná místa možnost zaostření do nevýbušnýh prostředí do teplot 300 C (bez hlazení) ena (000 $) fixní ostření