izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-6-33-39izmertech-1803Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSСовершенствование методов и средств поверки и градуировки тепловизоровImprovement of methods and means of thermal imagers verification and calibrationГерасютенкоВ. В.GerasyutenkoV. V.

Санкт-Петербург

Victoria V. Gerasyutenko

St. Petersburg

viktoriya.gerasyutenko@mail.ruШарковА. В.SharkovA. V.

Санкт-Петербург

Alexander V. Sharkov

St. Petersburg

avsharkov@corp.ifmo.ruКораблевВ. А.KorablevV. A.

Санкт-Петербург

  

Vladimir A. Korablev

St. Petersburg

kvant1953@gmail.comМинкинД. А.MinkinD. A.

Санкт-Петербург

Dmitry A. Minkin

St. Petersburg

mindim-spb@mail.ruНациональный исследовательский университет ИТМОРоссияITMO University, St. PetersburgRussian FederationСанкт-Петербургский университет государственной противопожарной службыРоссияSt. Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of RussiaRussian Federation202010072023063339Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1803

Предложен метод поверки и градуировки тепловизоров на основе сравнения показаний температуры, полученных контактным методом с использованием хромель-алюмелевых термопар и методом тепловизионной съёмки. Для подтверждения достоверности предложенного метода изготовлена экспериментальная установка, основным элементом которой является излучающая поверхность в виде прямоугольной пластины размерами 330×200×4 мм. Пластина покрыта краской со степенью черноты не менее 0,96. Приведены результаты расчётов температурного поля излучающей поверхности пластины. Установлено, что при температурах излучающей поверхности пластины, близких к 50 °C, существенное влияние на её температурное поле оказывает теплообмен с окружающим воздухом. С целью уменьшения рассеивания тепловых потоков с излучающей поверхности пластины в окружающую среду применены нагреватели воздуха, прикреплённые к боковым торцам излучающей поверхности. Нагреватели изготовлены в виде пластин из сплава алюминия с магнием. Приведены рекомендации относительно выбора размеров пластин-нагревателей. Основные преимущества предложенного метода поверки и градуировки тепловизоров – обеспечение высокой изотермичности излучающей поверхности по высоте пластины, точность поддержания температуры на заданном уровне, сокращение времени выхода экспериментальной установки в стационарный режим.

This paper suggests the verification and calibration method of thermal imagers that consists in comparison of temperature readings obtained by contact and thermal imaging method. The experimental setup has been developed to confirm the reliability of the proposed method. The main element of experimental setup is an emitting surface in the form of rectangular plate that measures 330×200×4 mm. The plate is covered with paint which emissivity factor is not less than 0,96. The paper presents the results of temperature field calculations on the plate emitting surface. The temperature field of the plate emitting surface has been determined by the contact method using chromel-alumel thermocouples and thermal imaging method. As a result of the obtained temperature values analysis, it has been concluded that if the plate emitting surface temperatures close to 50 °C, the heat exchange of the plate with the ambient air plays a significant role. The air heaters are applied in order to reduce the heat flows dissipation from the plate emitting surface into the environment. The heaters are two aluminum-magnesium alloy plates attached to the end face of the emitting surface. The metal heat exchangers – coils are installed on the surfaces of the plates and connected by hoses to the liquid thermostat. One of the plates heats the air flowing around the emitting surface, and another one prevents the emission thermal expansion into the environment. As a result of heaters application, the heat exchange intensity of a plate radiating surface with environment decreases. Moreover, recommendations about the choice of heaters sizes have been given. The main advantages of the method proposed are the following: ensuring high isothermic of the emitting surface throughout the height of the plate; accuracy of the temperature maintaining at a given level; reducing the device transition time to steady-state regime.

тепловизорметод поверки и градуировкитемпературное полеизлучающая поверхностьтеплообменполе зрения тепловизоранагреватель.thermal imagerverification and calibration methodtemperature fieldemitting surfaceheat exchangethermal imager field of viewheater.ReferencesГоголинский К. В., Сильд Ю. А. Метрологическое обеспечение средств теплового неразрушающего контроля: измерительных тепловизоров и пирометров // В мире неразрушающего контроля. 2017. № 1 (20). С. 21–25.. Gogolinskij K. V., Sil’d Yu. A., V mire nerazrushayushchego kontrolya, 2017, no. 1 (20), pp. 21–25 (in Russian).Волков С. П., Никоненко В. А. Метрологическое обеспечение неконтактных средств измерения температуры // Контроль. Диагностика. 2007. № 8. С. 63–70.Volkov S. P., Nikonenko V. A., Kontrol’. Diagnostika, 2007, no. 8, pp. 63–70 (in Russian).Сильд Ю. А., Иванова М. А., Никоненко В. А. Разработка системы метрологического обеспечения измерительных тепловизионных приборов // Измерительная техника. 2004. № 4. С. 48–51.Sil’d Yu. A., Ivanova M. A., Nikonenko V. A., Measurement Techniques, 2004, vol. 47, no. 4, pp. 389–392. DOI:10.1023/B:METE.0000033697.57678.4fСильд Ю. А., Матвеев М. С., Походун А. И., Визулайнен Е. В. Исследование нового излучателя ВНИИМ для метрологического обеспечения радиационной термометрии // Приборы. 2008. № 10 (100). С. 46–52.Sil’d Yu. A., Matveev M. S., Pohodun A. I., Vizulajnen E. V., Instruments, 2008, no. 10 (100), pp. 46–52.Шарганов К. А., Сильд Ю. А., Визулайнен Е. В. Метод воспроизведения, хранения и передачи единицы температуры неконтактным способом // Вестник Метролога. 2017. № 2. С. 19–22.Sharganov K. A., Sil’d Yu. A., Vizulajnen E. V., Vestnik Metrologa, 2017, no. 2, pp. 19–22 (in Russian).Grgić G., Pušnik I., International Journal of Thermophysics, 2011, vol. 32, no. 1–2, pp. 237–247. DOI:10.1007/s10765-011-0932-zGrgić G., Pušnik I., International Journal of Thermophysics, 2011, vol. 32, no. 1–2, pp. 237–247. DOI:10.1007/s10765-011-0932-zVendt R., Jaanson P., et al., Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2009, pp. 729902-5. DOI:10.1117/12.818423Vendt R., Jaanson P., et al., Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2009, pp. 729902-5. DOI:10.1117/12.818423Miklavec A., Puŝnik I., Batagelj V., Drnovŝek J., Measurement Science and Technology, 2013, vol. 24, no. 2, p. 025001. DOI:10.1088/0957-0233/24/2/025001Miklavec A., Puŝnik I., Batagelj V., Drnovŝek J., Measurement Science and Technology, 2013, vol. 24, no. 2, p. 025001. DOI:10.1088/0957-0233/24/2/025001Hartmann J., Hollandt J., et al., Experimental methods in the physical sciences, 2009, vol. 42, no. C, pp. 241–295. DOI:10.1016/S1079-4042(09)04206-4Hartmann J., Hollandt J., et al., Experimental methods in the physical sciences, 2009, vol. 42, no. C, pp. 241–295. DOI:10.1016/S1079-4042(09)04206-4Lagüela S., Gonzalez H. et al., Infrared Physics & Technology, 2011, vol. 54, no. 2, pp. 92–99. DOI:10.1016/j.infrared.2011.01.002Lagüela S., Gonzalez H. et al., Infrared Physics & Technology, 2011, vol. 54, no. 2, pp. 92–99. DOI:10.1016/j.infrared.2011.01.002Кораблев В. А., Минкин Д. А., Шарков А. В. Обеспечение изотермических условий на излучателе устройства для калибровки тепловизоров // Природные и техногенные риски (физико-математические и прикладные аспекты). 2014. № 3 (11). С. 42–50.Korablev V. A., Minkin D. A., Sharkov A. V., Prirodnye i tekhnogennye riski (fi ziko-matematicheskie i prikladnye aspekty), 2014, no. 3 (11), pp. 42–50 (in Russian).Кораблев В. А., Шарков А. В., Минкин Д. А. Методы выравнивания температурного поля вертикальной теплоотдающей пластины // Природные и техногенные риски (физико-математические и прикладные аспекты). 2016. № 2 (18). С. 42–46.Korablev V. A., Sharkov A. V., Minkin D. A., Prirodnye i Tekhnogennye riski (fi ziko – matematicheskie i prikladnye aspekty), 2016, no. 2 (18), pp. 42–46 (in Russian).Кораблев В. А., Шарков А. В., Минкин Д. А. Метод формирования равномерного температурного поля охлаждаемой поверхности в условиях принудительного движения теплоносителя // Проблемы управления рисками в техносфере. 2015. № 4(36). С. 43–49.Korablev V. A., Sharkov A. V., Minkin D. A., Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere, 2015, no. 4 (36), pp. 43–49 (in Russian).Мошаров В. Е., Радченко В. Н, Сенюев И. В. Измерение тепловых потоков с помощью тепловизора // Материалы XXIX Научно-технической конференции по аэродинамике, Жуковский, 1–2 марта 2018. Жуковский: Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н. Е. Жуковского, 2018. С. 161.Mosharov V. E., Radchenko V. N, Senyuev I. V., Proceedings of the XXIX Scientifi c And Technical conference of Aerodynamics, Zhukovsky, Moscow region, March 1–2, 2018, Zhukovsky, Central Aerohydrodynamic Institute Publ., 2018, р. 161.Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с фр. Н. В. Васильченко / Под ред. Л. Н. Курбатова. М.: Мир, 1988. 399 с.Gilbert Gaussorgues, La Thermographie Infrarouge. Principes – Technologie – Applications, Paris, 1984.Дульнев Г. Н., Тихонов С. В. Основы теории тепломассообмена, Санкт–Петербург: СПбГУ ИТМО, 2010. 93 с.Dul’nev G. N., Tihonov S. V., Osnovy teorii teplomassoobmena, Saint Petersburg, Saint Petersburg State University of Information Technologies Mechanics and Optics Publ., 2010,93 p. (in Russian).Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи, М.: ИД «БАСТЕТ», 2010 г. 344 с.Miheev M. A., Miheeva I. M. Osnovy teploperedachi, Moscow, Izdatel’skij dom “BASTET” Publ., 2010, 344 p. (in Russian).Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.Isachenko V. P., Osipova V. A., Sukomel A. S., Teploperedacha, Moscow, Energoizdat Publ., 1981, 416 p. (in Russian).Мартыненко О. Г., Соковишин Ю. А. Свободноконвективный теплообмен на вертикальной поверхности. Граничные условия II рода. М.: Наука и техника, 1977, 216 с.Martynenko O. G., Sokovishin Yu. A., Svobodno-konvektivnyj teploobmen na vertikal’noj poverhnosti. GranichnyeS chaub M., Kriegel M., Brandt. S., International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 136, pp. 1186–1198. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.089usloviya II roda, Moscow, Nauka i tekhnika Publ., 1977, 216 p. (in Russian).Schaub M., Kriegel M., Brandt. S., International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 136, pp. 1186–1198. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.089Schaub M., Kriegel M., Brandt. S., International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, vol. 136, pp. 1186–1198. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.089

The authors declare that there are no conflicts of interest present.