NTC-FVZ-19-004
Funkční vzorek měřicího systému pro analýzy spektrální normálové emisivity materiálů za vysokých teplot
Autor:
Ing. Honnerová Petra Ph.D. (61930)
doc. Ing. Honner Milan Ph.D. (61930)
doc. Ing. Martan Jiří Ph.D. (61930)
Ing. Kučera Martin Ph.D. (61930)
Ing. Skála Jiří Ph.D. (61930)
Číslo projektu: LO1402 CENTEM+
Abstrakt:
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.