Přejít k obsahu


Funkční vzorek měřicího systému po analýzy spektrální normálové emisivity materiálů za vysokých teplot

Citace:
HONNEROVÁ, P. ., HONNER, M. ., MARTAN, J. ., KUČERA, M. ., SKÁLA, J. . Funkční vzorek měřicího systému po analýzy spektrální normálové emisivity materiálů za vysokých teplot. 2019.
Druh: PROTOTYP, FUNKČNÍ VZOREK
Jazyk publikace: cze
Anglický název: Functional sample of measurement system for spectral normal emissivity analysis of materials at high temperatures
Rok vydání: 2019
Název zdroje: Západočeská univerzita v Plzni
Autoři: Ing. Petra Honnerová Ph.D. , doc. Ing. Milan Honner Ph.D. , doc. Ing. Jiří Martan Ph.D. , Ing. Martin Kučera Ph.D. , Ing. Jiří Skála Ph.D.
Abstrakt CZ: Měřicí systém se skládá z detekčního systému (FTIR spektrometr Nicolet 6700), referenčního zdroje záření (laboratorní černé těleso Pegasus R970), 1 kW laserového systému pro ohřev vzorku se skenovací hlavou, systému pro měření povrchové teploty vzorku (termovizní kamery FLIR A320, termočlánkového měřicího systému Adam 4018), optomechanických komponent a optického boxu. Referenční zdroj záření a vzorek jsou umístěny vně spektrometru proti sobě. V polovině vzdálenosti mezi nimi je vloženo otočné parabolické zrcadlo, které zajišťuje sběr záření střídavě z obou zdrojů při zachování shodné optické dráhy. Sebrané záření ze zdroje dopadá přes externí port (možno uzavřít motorizovanou clonkou) a vzorkový prostor (apertury) spektrometru na jeho detektor. Optická dráha je umístěna v optickém boxu, teplota optického boxu je kontrolována ve dvou místech (v blízkosti skenovací hlavy laseru pro ohřev vzorku a v místě mezi vzorkem a termovizní kamery) neplášťovanými kalibrovanými termočlánky. Měřený vzorek je umístěn v držáku z keramické vláknité izolace, který je uchycený na optickou desku tak, aby bylo možné pomocí lineárních mikroposuvů a optické tyčky zajistit jeho přesnou pozici. Ohřev vzorku je realizován 1 kW vláknovým laserem se skenovací hlavou. Regulací výkonu laseru je dosaženo požadované teploty vzorku, vhodnou volbou časoprostrového průběhu laserového paprsku po zadní straně vzorku pak homogenního teplotního pole přední strany vzorku. Povrchová teplota vzorku je měřena několika metodami. První metoda využívá termovizní kameru a referenční povlak se známou efektivní emisivitou nanesený na polovinu každého vzorku. Další metoda je založena na kontaktním měření teploty termočlánky přivařenými na povrch každého vzorku. Poslední metoda kombinuje Christiansenův efekt s kontaktními a bezkontaktními systémy měření teploty. Výstupem je spektrální normálová emisivita ve spektrálním rozsahu až 1.38 do 26 um, spektrální rozsah závisí na teplotě vzorku. Tento měřicí systém umožňuje analyzovat objemové materiály (kovy, objemové keramiky, izolační materiály), nepropustné povlaky deponované na objemový substrát či propustné povlaky (tloušťka řádově desítky až stovky mikrometrů) deponované na nepropustný objemový substrát (měřena je emisivita soustavy povlak ? substrát). Všechny zmiňované materiály je možné zatěžovat v teplotním rozsahu od 250 do 1000°C v závislosti na tvaru, velikosti a tepelné vodivosti měřeného vzorku.
Abstrakt EN: The experimental system consist of detection system (FTIR spectrometer Nicolet 6700), reference radiation source (laboratory blackbody Pegasus R970), 1kW laser system for sample heating with canning head, system for sample surface temperature measurement (FLIR A320 infrared camera, thermocouple measurement system Adam 4018), optomechanical components and optical box. The reference radiation source and the sample are placed against each other outside of the spectrometer. In the middle between them, there is inserted a rotary parabolic mirror, which collects radiation alternately from the two sources while preserving the same optical path. The collected radiation from the source is incident through an external port (can be closed by motorized shutter) and spectrometer sample space (apertures) to the detector. The optical path is covered by an optical box. The optical box temperature is controlled at two places (near the laser scan head for the sample heating and at a point between the sample and the infrared camera) by unsheathed calibrated thermocouples. The measured sample is placed in a holder made of ceramic fiber insulation, which is mounted on an optical table so that it is possible to precisely position it by linear translation stages and a mounting rod. Heating of the sample is realized by the fiber laser with the scanning head. The desired sample temperature is achieved by controlling the laser power. The desired homogeneous temperature field on the front side of the sample is achieved by an appropriate choice of time-space laser beam movement across the back side of the sample. Sample surface temperature is measured by several methods. The first method uses an infrared camera and a reference coating with a known effective emissivity coated on one half of each sample. Another method is based on a contact temperature measurement by a thermocouple welded to the surface of each sample. The last method combines Christiansen effect with contact and noncontact temperature measurement systems. Measured quantity is spectral normal emissivity in spectral range up to 1.38 to 26 um. The spectral range depends on sample temperature. This measurement system allows to analyze bulk materials (metals, bulk ceramics, insulators), opaque coatings deposited on a bulk substrate or semitransparent coatings (thickness of tens to hundreds of micrometers) deposited on an opaque bulk substrate (measured is emissivity of coating - substrate system). All mentioned materials can be loaded in the temperature range from 250 to 1000°C depending on the shape, size and thermal conductivity of the measured sample.
Klíčová slova

Zpět

Patička