Совсем недавно на сайте был опубликован
обзор очередного ИК термометра, и как обычно, в комментариях появилось множество требований о проверке точности показаний прибора в сравнении с контактными термометрами. Кроме того, там же развернулась небольшая дискуссия о различных способах повышения коэффициента эмиссии используемого в качестве образца объекта. В качестве чуть ли не наилучшего метода была предложена черная изолента. Поскольку изолента (обычно синяя) — наше фсё, я решил проверить на практике, так ли она хороша, поставив небольшой эксперимент. Подробности ниже.
В ходе вышеупомянутого
спора мною было высказано предположение, что вследствие невысокой теплопроводности материала изоленты температура на ее поверхности будет отличаться от температуры объекта, на который она наклеена. Цитата:
В стационарном режиме с наружной стороны куска изоленты происходит теплоотдача во внешнюю среду посредством излучения и конвекции. То есть через изоленту существует постоянный поток тепла Q, и если теплопроводность материала не является бесконечно большой, то на толщине накладки будет существовать градиент температур ΔT. Чем больше разница температур объекта и окружающей среды — тем выше будет эта дельта.
Можно попробовать её очень грубо оценить. Для простоты расчетов приму площадь куска изоленты S=1 см², толщину d=0.2 мм, теплопроводность из интернета 0.2 Вт/(м*К), температура объекта Т=400 К, окружающей среды Та=300 К.
Поток излучения Qr=S*σ*(Т⁴ — Ta⁴) примерно 0.1 Вт
Рассчитать конвективную теплоотдачу Qc не знаю как, поэтому с некоторым запасом (в меньшую сторону) возьму 0.4 Вт. (Пассивные радиокомпоненты с номинальной мощностью рассеяния 1 Вт, например резисторы, имеют площадь поверхности порядка нашего 1 см², но при рассеивании 0.4 Вт имеют перегрев относительно окр среды точно не больше 100 К).
Тепловое сопротивление куска изоленты с нашими размерами составит 10 К/Вт (его теплопроводность равна 0.2 Вт/(м*К)*0.0001 м²/0.0002 м = 0.1 Вт/К), соответственно градиент температур при суммарном потоке тепла Q = Qr + Qa 0.5 Вт — 5 градусов Цельсия!
Идея экспериментальной проверки очень проста — нужно взять какой-то предмет, наклеить кусочек изоленты, а рядом с ним закрасить такой же участок и «посмотреть» на результат тепловизором. На практике же есть две серьезные трудности. Первая — что использовать в качестве краски. В этом мне помогла
статья с сайта ведущего производителя тепловизионной техники Flir под названием «Дешёвые материалы для повышения излучательной способности». Дешёвые — это именно то, что нам нужно :))). В качестве одного из вариантов предложено использовать… канцелярский корректор :)). Весьма контринтуитивно, я бы сказал, так как корректор белый. Тем не менее, в статье утверждается, что важен не столько цвет краски, сколько матовая внешняя поверхность. Практически сразу же был найден небольшой флакончик продукта высоких космических нанотехнологий ака канцелярского корректора PILOT
Вторая сложность — найти предмет, который можно было бы разогреть до температуры хотя бы немного выше 100 градусов, обеспечив при этом равномерность нагрева — сравнивать температуру то мы будем в
разных точках.
После нескольких неудачных попыток был использован небольшой толстостенный сантехнический удлинитель на полдюйма, который с помощью сантехнического же уголка и уже алюминиевого скотча прикручен к соплу строительного фена.
Фен с электронным поддержанием температуры
Удлинитель, на который слева приклеена изолента в три слоя, в центре корректор, затем изолента в один слой.
Установка в сборе
Еще по одной грани во всю длину наклеена полоска все той же изоленты, чтобы можно было оценить равномерность нагрева всей детали.
Для начала включаю фен на температуру 60℃. После примерно десяти минут нагрева температура практически перестает меняться, в этот момент проверяю, что образец прогрет равномерно
и делаю первый снимок
Как видим, тепловизор считает, что температура среднего прямоугольника выше на 1℃, чем у одного слоя изоленты и на 2℃ в сравнении с тремя слоями. И если разницу между корректором и изолентой еще можно объяснить, например, отличиями в коэффициентах эмиссии, то между крайними прямоугольниками уже нет: изолента то одна и та же! И это всего 60℃.
Увеличиваем нагрев до 140 ℃, так как именно для такой температуры я делал теоретическую оценку
Разница в температурах возрастает: 3℃ между корректором и изолентой в один слой, и уже почти 9℃ между корректором и изолентой в три слоя! Если учесть, что использованная мной изолента имела толщину 0.15 мм, а в теоретических оценках я взял 0.2 мм, то имеем просто удивительно точное совпадение :))). 6℃ между одной и той же изолентой разной толщины — это тоже впечатляет.
Разницу можно еще усилить, если обеспечить небольшой принудительный обдув. Я взял обычный фен, включил его на самые низкие обороты и подул с расстояния примерно метр. Результат сразу же виден
Как видим, использовать
синюю чёрную изоленту в целях дистанционного измерения температуры ИК приборами — не самая лучшая затея. По крайней мере, в тех случаях, когда хочется достичь более или менее высокой точности. Уже при температурах порядка сотни градусов Цельсия она может существенно искажать точность, а при наличии даже небольшого принудительного обдува сделать результаты совершенно недостоверными.
Остается один вполне закономерный вопрос: как влияют на показания толщина слоя корректора и его теплопроводность? Они ведь тоже имеют какие-то конечные значения. Поиски в интернете не принесли результатов, которым можно было бы безоговорочно доверять, поэтому опять «сама-сама-сама» :)))).
Для приблизительной оценки толщины слоя корректора нанес два слоя на полоску алюминиевой фольги
Устанавливаем ноль микрометра на фольгу без корректора
и делаем замеры
Результат вполне предсказуем — порядка 0.1 мм, тоньше, чем изолента, но и не мыльная пленка в детских пузырях :)).
С теплопроводностью сложнее. Как уже сказал, найти в интернете каких-либо данных не смог, поэтому воспользовался методикой, изложенной в моем
обзоре керамических термопрокладок.
На фланец транзистора нанес два слоя корректора, дал немного подсохнуть и прикрутил транзистор на радиатор. Наружу вылезло совсем чуть-чуть
так что можно предположить — толщина слоя будет в пределах 0.1 — 0.05 мм, вряд ли меньше. При рассеивании на транзисторе мощности 50 Вт
разница температур между фланцем и радиатором непосредственно под транзистором составила примерно 4℃. При площади фланца 2.1 см² расчет дает теплопроводность корректора в пределах от 6 Вт/(м*К) до 3 Вт/(м*К) (при толщине слоя от 0.1 до 0.05 мм соответственно). Даже если сильным прижимом удалось распределить корректор еще более тонким слоем, скажем, 0.025 мм, то теплопроводность составит 1.5 Вт/(м*К), что всё равно в семь (!) раз выше таковой у изоленты. Плюс к этому толщина слоя корректора на поверхности в полтора раза меньше, чем толщина изоленты. Итог — термическое сопротивление слоя корректора в 7-30 раз ниже, чем одного слоя изоленты!
Для чистоты эксперимента проделаем опыт с транзистором, заменив корректор на изоленту. Её толщина известна — 0.15 мм, теплопроводность ПВХ приводится вполне точно — 0.2 Вт/(м*К). Если результаты на практике совпадут с теорией — всем остальным выводам также вполне можно доверять. При мощности 50 Вт транзистор должен сгореть, для 20 Вт перепад температур на слое изоленты должен составить 20 Вт * 0.00015 мм / (0,000210 м² * 0.2 Вт/(м*К)) = 70℃.
Клеим изоленту на фланец
устанвливаем на радиатор, устанавливаем рассеиваемую мощность примерно 20 Вт (по факту получилось 19 Вт), измеряем
48℃. Это несколько лучше теоретического прогноза и соответствует теплопроводности изоленты примерно 0.3 Вт/(м*К). Вполне возможно, что материал, используемый для электрической изоляции, имеет несколько лучшую теплопроводность, нежели «средний ПВХ». Тем не менее, он все равно очень сильно уступает канцелярскому корректору.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данный материал задумывался в качестве первоапрельского шуточного баттла «Чёрная изолента VS Канцелярский корректор», но, к сожалению, я не успел его закончить вовремя. Тем не менее, решил не отказываться от публикации — надеюсь, что шуточное первоапрельское настроение еще не покинуло муськовчан. К тому же, обзор может быть полезен всем, использующим пирометры и тепловизоры.
В качестве вполне серьезного вывода добавлю, что канцелярский корректор показал выдающиеся качества при дистанционном измерении температуры — он широко доступен, дешев, легко наносится и удаляется, быстро сохнет, не пахнет.
Всем добра и хорошего настроения!
С другой стороны песик знакомый — это не может не радовать :)
А вообще жаль, что тема денег всплывает даже там, где совсем не должна :(.
Проводил измерения при помощи недорогого пирометра, рисовал «черный квадрат» на алюминиевом ковшике в котором был кипяток, то есть температура примерно 100 гр. а пирометр показывал совсем не то.
Решил что этот метод работает плохо.
Позднее разговаривал с операторами неразрушающего контроля, те посоветовали наклеивать… черную матерчатую изоленту. Вот тут уже поверхность матовая так матовая.
Было бы интересно увидеть сравнение этих материалов при помощи тепловизора…
Во-первых, из-за того, что стенки довольно тонкие, по всей трубке есть большой градиент температуры. Во-вторых, коэф. эмиссии сажи оказался ниже, чем у изоленты. Может сажа «неправильная» — от картона, может слой тонкий, не знаю. В любом случае, закоптить нужный участок на плате или установке — нетривиальная задача. Потом я попробовал аэрозоль с черной матовой краской. Матовая она была только на этикетке, в реальности давала почти блестящую поверхность :(. Корректор впечатлил :).
И пофиг что в ИК вы её от белой не отличите.
Радиаторы отопления и так покрашены цинковым «корректором».Это цинковые масляные или пентафталевые белила.
Доп слой маркера только уменьшит теплоотдачу на пару ватт.
Но с каптоновым скотчем все ж стоит проверить — он и почти вчетверо тоньше изоленты, да и теплопроводность вроде как выше.
Оказывается, сажа-то очень даже разная бывает. Свеча — неплохо, но ацетиленовая лучше (а лучше 0.97, наверное, доступными способами и вообще не добиться).
Было бы интересно увидеть сравнение этих материалов при помощи тепловизора.
Ну вот как-то так
Под потолком все же несколько теплее (примерно 26.5), стеклянный стол это, возможно, частично отражает.
Там рекомендовали приобрести термометр с поверкой (они недорогие до 300 р. / 4$) и на нем проверять пирометр, когда t пиро и термо сравнялась, то должны показывать одинаково ± погрешность.
А тк нагрев или остывание прибора сразу вносит погрешность в итоговые цифры, то термометр нужно держать НЕ рядом с источником замера (типа духовки с печеньками), а подальше, чтобы на него щелкать и проверять корректность данных с пиро.
Нагретый пиро — начал гнать = даем остыть.
Кусок алюминиевого профиля в сковородке с горячей водой:
Прямоугольник слева — каптоновый скотч 40 мкм (зеленый)
Прямоугольник в центре — черная изолента IEK, которая раз в 5-10 раз толще.
Разница показаний скотч/изолента — доли градуса…
Но вообще я думаю, что изолента и должна быть «теплее» в таких условиях. Коэффициент 0.96 — это круто ).
За обзор спасибо
НОРМАЛЬНЫЕ ПРОДАВЦЫ (на Али) указывают эту температуру и дают характеристики этого скотча.
У меня нет повода им не доверять. При этом нужно понимать, что означает «важен». Коэффициенты эмиссии большинства красок находятся в диапазоне 0.9… 0.95. Вот для этих пяти сотых матовость и имеет, по всей видимости, большее значение, чем цвет в видимом диапазоне.
Взгляд Флира и взгляд человека в видимом диапазоне очень сильно отличаются.
«Краска» превратилась в «материал» в комментарии kdekaluga .
Можно, конечно, вспомнить, что краски бывают разные, в том числе и на основе алюминиевой пудры :). Но мы же не в суде, а контекст был, как мне кажется, понятен, ссылка на источник дана. Если что — можно спорить не со мной, а с инженерами Флира :)
Нюанс в том, что она хорошо клеится и она матовая, а не глянцевая, как это чаще бывает.
Случайный снимок, вверху кусочек изоленты, ниже два транзистора, все это на радиаторе, причем не сильно зеркальном, скорее даже матовом.
Например изолентой 3М я легко работаю даже в мороз, когда обычная уже при нуле теряет мягкость.
В любом случае, на не слишком высоких температурах влияние невелико.
Если же нужна точная оценка температуры, то шарик термопары на каплю термопасты и всё ок.
Такой аргумент не убеждает? ;)
Понятно, что китайский прибор за 20 $ может врать в сравнении с Флиром за 20 к$, обещанное соотношение 12:1 не соблюдаться и так далее. Но к эксперименту в обзоре то это как относится? И при чём тут термопара и точное измерение температуры вообще? Речь же шла о влиянии теплопроводности «нашлепок» на измерение дистанционным методом.
Я считаю, что в отношении влияния нашлепок на показания — да, корректно.
Утверждать, что пирометр лучше тепловизора я не собираюсь :). Без тепловизора было бы, как минимум, невозможно оценить постоянство температуры в пределах всего образца. А без этого эксперимент потерял бы смысл. Да и замеры во всех точках лучше делать одновременно, а пирометр это не позволит.
Тогда встречный вопрос — какой нужно ставить коэффициент эмиссии пирометра для материала «черная изолента» и "белый корректор"? По типовой таблице материалов для пирометра, конечно.
Ссылку на одну такую табличку я кину — www.promlex.ru/index.php/kymissii
Цвет материала (то есть его способность по-разному отражать волны с различной длиной в видимом диапазоне), насколько я понимаю, никак не связан с излучательной способностью в диапазоне 8-14 мкм.
А вот это предложение
я просто не понял. Как излучательная способность может не оказывать никакого влияния?
ну не серьезно.
хочу взглянуть через этот тепловизор на равномерно прогретую(снаружи и изнутри) модель абсолютно черного тела.
полый шар с небольшим отверстием(которое будет перекрывать несколько пикселей тепловизора)
ну или у какого либо буржуя минибар экспроприировать donumrex.ru/image/cache/catalog/vasja/3.406-650x650.jpg
:)
Довольно любопытный
тред как раз о том, как сторожить сторожей )
Лишние (на мой взгляд) знаки есть на каждом термофото в обзоре. В предыдущей версии программного обеспечения даже десятые доли градуса отбрасывались, в новой зачем то сделали сотые ).
При этом я говорю лишь о картинке в джипег или пнг формате. На выходе прибор дает файл не только со всеми радиометрическими данными, но и множеством сопутствующей информации — изображение с камеры видимого диапазона, расстояние до объекта, тип оптики, текстовые и голосовые комментарии и так далее. В нем нормально и даже разумно сохранять максимум данных для последующего анализа, а зачем картинку перегружать мусором — неясно. Надеюсь, поправят.
Забавно, что на собственном дисплее прибора температура отображается как раз с десятыми — именно так, как нужно. А в софте для постобработки какие-то крайности ).
Не хватило только сравнения результатов с термопарой.
А коэффициент эмиссии материалов — величина неизменная, потому в справочниках приведена.
Подумал про матовую краску (вместо корректора) нанести на контролируемые шины, но понял что это не поможет в данном случае — там разъединитель еще стоит и его красить нельзя.
А также может быть он добавит шероховатости?
Я исходил из того, что тонером, замешанном в клее, покрывают внутренние поверхности микроскопов для уменьшения внутренних засветок и переотражений.
Тут да, ИК, все может быть не так. Но я не могу проверить, не имею возможности.
Обычная термопара «капля» с небольшим количеством термопасты в этом случае проще и точнее, я думаю.
Обычная термопара в виде маленькой капли
достаточно малоинерционна и если использовать её с небольшим количеством термопасты показания устанавливаются в течение нескольких секунд.
Посмотрите мой обзор mySKU.me/blog/aliexpress/74777.html
При аккуратном использовании термопарой можно уверенно ловить достаточно небольшую разницу температур.
Попробовать оба способа еще лучше ). Абсолютные показания будут отличаться, а разница между образцами примерно совпадать.
После подключения термопары к мультиметру тоже надо выждать время, пока температуры всех контактов не выравняются, от этого зависят показания.
А, вот мысль по поводу нагрева — алюминий-то отражает хорошо, но раз в ИК тоже отражает, то радиационная теплоотдача отвратительна. То же, вероятно, и к оцинковке применимо, особенно свежей. А темное пластиковое
покрытие хорошо поглощает все, но и в ИК ведь много отдает. Поэтому, возможно, и нет особой разницы? Тогда, с точки зрения экономии тепла в ночное время алюминий здорово выгоднее.
В видимом диапазоне серая оцинковка может иметь примерно то же отражение, что и зелёная черепица, а потери изучением отличаться в разы.
спад температуры, а его крутизна — функция теплоемкости.
Доб. Когда будете экспериментировать, можно один образец взять составным из трех листов, к примеру. Черепица же хорошо друг на друга ложится, получится тройная толщина.
Но даже если оставить теплоемкость в покое, тем более, что листы по толщине все равно примерно одинаковы 0,5мм, остается процесс охлаждения как причина небольшой разности температур темного и светлого листов.
Черненая медная фольга, приклееная на КПТ — это вот наше фсё.
Особая Вам благодарность за обдув овноизоленты — источники питания с принудительным охлаждением встречаются очень часто. Как и необходимость их термоскопирования/термографирования.
Правда, у Вас всё равно неправильная методология — надо не сажи сравнивать и добиваться эмиссии АЧТ у тестового участка.
Нужно нанести одинаковый (читай повторяемый)тестовый участок на поверхность и внести коэффициент по контактному термометру.
Погуглите, еще чего-то простое было, то ли с йодом, то ли с типа того из аптечки.
В самом низу оставил комментарий, в котором проверил теплопроводность корректора, он и в самом деле хорош во всех смыслах.
Смысл в саже — тот же, что и в корректоре — выкрасить разноцветноотражающее в одно.
Наносим на плату, транзистор, трансформатор, диод, снабберы — утрированно, один цвет максимально повторяемой толщины, калибруем по контактному в любом удобном месте, вообще вне испытуемого, но рядом — смотрим…
Почему не получилось-то?
Мне нравилось в софте на компе калибровать при анализе. Пишется условный rawdata с известным ems, а потом сову на глобус.
Вы же тоже так можете, правда?
Корректор, думаю, неплох по теплопроводности, но у меня его даже на бумагу не получается иной раз ровно положить)))
Я корректор даже не пытался наносить ровно — намазал как пришлось. При этом на термограмме все замечательно, то есть неравномерность нанесения никак не сказалась.
Тогда корректор.
Кстати, у меня был опыт сознания АЧТ из камазовской лампочки))) Экспериментил с нагревателями для инкубатора. Красил лампочку черным колером для красок строительных. Только спираль перегорала даже на четверти напряжения — отвода тепла-то нет.
Тогда корректор.
Кстати, у меня был опыт сознания АЧТ из камазовской лампочки))) Экспериментил с нагревателями для инкубатора. Красил лампочку черным колером для красок строительных. Только спираль перегорала даже на четверти напряжения — отвода тепла-то нет.
А меди сколько была температура?
Ну-да-нуда.
И на сколько он теплоизолирует А? считать не пробовали?
2. На температуре кипения в 100С чёрная стандартная изолента по ВАШИМ измерениям вносит 1 градус погрешности.Относительно белой краски корректора а не вашего ЧЕРНЕНИЯ МЕДИ(что оооочень сложно сделать в бытовых условиях-глубокоматовое химическое чернение).
ОДИН! Градус.-Так меня это УСТРАИВАЕТ, учитывая что ваша белая краска корректора ТОЖЕ ВРЁТ.
И что бытовой прибор имеет точность +- 2 ГРАДУСА!!!
А 140-160 и более градусов мне в бытовом отоплении НЕ НАДО измерять с ТАКОЙ точностью.
3. При температуре радиатора отопления 45-55-85С разницы между белилами масляными белыми на чугунном радиаторе и чёрной изоленте, рядом наклеенной НЕ ОБНАРУЖИВАЕТСЯ! При практических измерениях по работе.
Так зачем весь этот кипеж был?
С чего это корректор на цинковых или титановых белилах такой ВОЛШЕБНЫЙ? Где его погрешность и расчёты?
Эксперимент не корректный.С запашком в 3 слоя изоленты.
Где 3 слоя краски?
Если бы вы хоть чуть-чуть напряглись и погуглили этот вопрос, то обнаружили бы, что теплопроводность красок и эмалей приводится в диапазоне 0,8-1,2 Вт/(м*К), что в пять раз выше теплопроводности ПВХ. Добавить сюда меньшую (как минимум — вдвое) толщину слоя, и получаем теплопроводность нашлепки из краски в 10 раз выше таковой у изоленты.
Впрочем, это же вы еще недавно утверждали, что теплопроводность не имеет значения в принципе. И вдруг, внезапно :)))
Вы что-то опять попутали. Один (точнее — 1,7, почти два) градуса на температуре 60 градусов Цельсия.
Смотрите. Если проводятся приблизительные прикидки или расчеты в уме и человек принимает, скажем, число пи равно трем, а ускорение свободного падения — десяти, то это совершенно нормально. А если он утверждает, что вывел новое доказательство и число пи точно равно квадратному корню из 9 — то это уже дикая чушь, хоть тоже три :)). Если бы вы с самого начала сказали, что в силу небольшой толщины слоя изоленты, невысокой температуры и отсутствия необходимости в прецизионной точности изолента прекрасно справляется со своей задачей — я бы первый с вами согласился. Но, хочу вам напомнить, вы несли отборную ересь про какую-то статическую температуру
а потом еще и гы-гы-гыкали над моими теоретическими прикидками. Так что весь кипеж только из-за этого.
Зачем? Я же не пытаюсь отрицать очевидный факт о влиянии теплопроводности на температуру внешней поверхности. Ровно наоборот — весь обзор чтобы это на практике подтвердить. Изоленту в три слоя никто в здравом уме клеить не станет, это было нужно для доказательства, что толщина слоя влияет на температуру наружной поверхности, при прочих равных условиях. С краской получилось бы все то же самое, только разница в температуре была бы меньше.
Смотрите ответ на пункт 1 :))))).
Добавил в обзор измерения теплопроводности корректора и изоленты.
Если изолента (или неважно что) приклеена не на самую нижнюю часть радиатора — её наружная поверхность окажется в зоне теплых восходящих потоков воздуха, нагретого нижерасположенными частями радиатора. При этом потери тепла на ковекцию с внешней поверхности будут совсем малы (или полностью отсутствовать). Не зря же я наносил все три метки на горизонтально расположенный вытянутый предмет :)).
Могу лишь повторить сказанное мной раньше — вы совершенно не понимаете физику. Уж извините…
Теплопроводность оксида цинка весьма высока — 54 Вт/(м*К), поэтому белила на его основе запросто могут обладать теплопроводностью заметно выше единицы. Теплопроводность оксида титана меньше — от 3 до 8 Вт/(м*К). Википедия говорит, что канцелярские корректоры чаще всего имеют в своем составе оксид титана и легко высыхаемый наполнитель. В общем, самому стало очень интересно, поэтому быстренько поставил эксперимент — закрепил на массивном радиаторе транзистор, вместо термопрокладки — слой корректора. Корректор наносил дважды, стараясь сделать слой потолще, подсушил секунд 15 и прикрутил транзистор на радиатор.
Наружу вылезло совсем немного. Сложно сказать, какова толщина получившегося слоя, для примерной оценки можно, думаю, принять от 0.05 мм до 0.1 мм. При рассеивании на транзисторе мощности 50 Вт разница температур на фланце и радиаторе под фланцем примерно 4 К.
Подробнее обо всем этом в моих обзорах термопрокладок. Из разницы в 4 градуса следует, что теплопроводность корректора находится в пределах от 4 Вт/(м*К) до 2 Вт/(м*К) (при толщине слоя от 0.1 до 0.05 мм соответственно). Если это так, становится понятно, отчего корректор такой «волшебный» :),