Sugárzáson, és infravörös sugárzáson alapuló hőmérséklet mérés. A sugárzáson alapuló hőmérsékletmérés (termográfia),azt a fizikai jelenséget használja fel, hogy az abszolút nulla K hőmérséklet (273,16 C0) felett a testek elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, így pl. rádióhullámokat, fényt, ill. hősugárzást. Az elektromágneses spektrum összetételét a táblázatban látjuk.
Hullámhossz
Hullámtartomány
1000km 100km
hanghullámok
10km 100m 10m
rádióhullámok
1m 10cm 1cm 1mm
mikrohullámok
100µm
infravörös sugárzás( hősugárzás)
10µm 1µm 100nm 10nm
látható fény ultraibolya sugárzás
1nm 0,1nm
röntgensugárzás
0,001nm 0,0001nm 0,00001nm
gammasugárzás
A méréstechnikában alkalmazott infravörös tartományok: 0,8µm…..2µm
ultrarövid-hullámú hősugárzás
2µm ……6 µm
rövidhullámú
6 µm …..20 µm
hősugárzás
Ahhoz, hogy a test hőmérsékletére következtetni lehessen, a testhőmérséklet és a leadott sugárzás közötti összefüggést ismerni kell. Az ideális sugárzóra( abszolút feketetest) a Plank-féle sugárzási törvény:
A sugárzás intenzitása:
c1 2 ⎡⎣ W / cm µm ⎤⎦ Mλ = ⎛ c2 ⎞ ⎤ 5 ⎡ λ ⎢exp ⎜ ⎟ − 1⎥ ⎝ λT ⎠ ⎦ ⎣ −16
c1 = 3,74*10 W * m −2
c2 = 1, 44*10 K * m
2
A Stefan-Boltzmann –törvény: Ahol a Stefan-Bolzman állandó:
M λ = σ *T −8
4
σ = 5, 67 *10 W * m * K 2
−4
Az ábrán látható, hogy a hőmérséklet növekedésével a sugárzás intenzitása nő, és a maximális intenzitásokhoz tartozó hullámhosszak balra, az egyre kisebb értékek felé tolódnak el.
A grafikon megmutatja a fekete test által, egy-egy adott hőmérsékleten kibocsátott hősugárzás intenzitását, valamint azt a hullámhosszat, amelyen a sugárzás intenzitása a legnagyobb. Ezt a jelenséget a Wien-féle eltolódási törvény írja le, amely a Planck -törvény differenciálásából vezethető le.
λ max *T = 2896µm * K
A sugárzáson alapuló érintkezés nélküli hőmérsékletmérés eszközeit két nagy csoportba osztják: 1. Pirométerek - összsugárzást - részsugárzást mérő eszközök 2. Termoviziós mérések
Eltűnő szálas optikai pirométer
Csak az emberi szem által látott sugarakat méri, a teljes tartomány korrekcióval határozható meg.
A szál nincs izzítva
hidegebb
melegebb
A valódi testek sugárzási tulajdonsága eltér a fekete test modelltől. Ezt az eltérést az emissziós tényező (ε) fejezi ki, amely elsősorban az anyagtól, főleg a felületétől, a felületi érdességtől,valamint a hullámhossztól (azaz a test hőmérsékletétől) függ.Ez az érték 0,5....0,9 között mozog, amelyet a méréseknél figyelembe kell venni.
Sugárzásmérő beépített szűrővel. A λ>1µm sugarakat az indiumfoszfát szűrő átengedi, az ennél kisebbeket visszaveri. A hősugarak, a fényellenállások megváltoztatásával, U1 ill. U2 nagyságú feszültségeket hoznak létre. A feldolgozó elektronika segítségével a feszültséghez tartozó hőmérséklet meghatározható. Elvi felépítése az ábrán látható.
fényellenállások
U1
mérendő test
tárgylencse
üvegszál
indiumfoszfát szűrő λ>1µm
Sugárzásmérő, beépített szűrővel
U2
Összsugárzó pirométer elvi felépítése • Az összsugárzó pirométer érzékelője hőelem, ill. hőelem oszlop, a hőtartalom teljes spektrumát méri. blende
tárgy
tárgylencse
szemlencse
• NiCr-Ko hőelempárral ellátott összsugárzó pirométer Két pár hőelemmel ellátott összsugárzó pirométer Méréshatár:-40….3000 C0 NiCr
Pt lemez, 1,4….4mm átmérőjű, Pt korommal bevonva konstantán
Mátrixdetektoros összsugárzó pirométer Ilyen detektorok használatánál nincs szükség mechanikai kitérítő egységekre, ezért a kameramechanikailag egyszerűbb, kisebb méretű és könnyebb.
tárgy
objektív
detektor
Termográfiai hőkamerák Hőmérsékletmérő kamerák Szkenner Nagyfelbontású letapogató
1970
Sötétbenlátó készülékek
Focal Plane Array
IR képcső Tűzoltóság
Mátrixelrendezésű érzékelő
hűtött HotSpot
hűtés nélkül
felügye-
Ipari hordozható
let1994
1998
1940
Szkenner Katonai,nagy felbontású letapogató
1960
Focal Plane Array Mátrix elrendezésű érzékelő
hűtött Katonai beépített
1985
hűtés nélkül
Katonai kézi kamera
1995
detektor
forgó tükör függőleges eltérítő tükör
lencsék
tárgy
mérésfelület Letapogató /szkenner/ hőkamera elvi sugármenete.
Lakóház hőtérképe
Lakószoba belső hőtérképe, láthatók a hőhidak.
Padlófűtés helyének feltérképezése
