Нормативно-технічне забезпечення вимірювань розподілу температури теплового поля об’єктів промисловості та медицини

Abstract

Дисертація присвячена вдосконаленню нормативно-технічного забезпечення вимірювань температури та градієнта температури теплового поля об’єктів промисловості та медицини. Розроблено методику оцінювання непевності вимірювання температури та градієнта температури поверхні об’єкта. Отримано аналітичні вирази коефіцієнтів чутливості від впливу факторів, що визначають значення вихідного сигналу в робочих умовах. Запропоновано двосмуговий метод вимірювання температури та градієнта температури за інфрачервоним випроміненням і методику додаткового калібрування тепловізора в робочих умовах з використанням площинного сірого випромінювача. Сформовано вимоги до площинного сірого випромінювача та запропоновано варіанти його конструкції для різних об’єктів й умов проведення дослідження. Розроблено методику визначення тепловтрат за результатами тепловізійного дослідження та проект стандарту «Методика тепловізійних досліджень будівель». Сформовано рекомендації щодо проведення медичного тепловізійного дослідження. Запропоновано програму навчання персоналу в галузі неруйнівного контролю по тепловому методу. Диссертация посвящена совершенствованию нормативно-технического обеспечения измерений температуры и градиента температуры теплового поля объектов промышленности и медицины. Разработана методика оценки неопределенности измерения температуры и градиента температуры поверхности объекта. Получены аналитические выражения коэффициентов чувствительности от влияния факторов, определяющих значение выходного сигнала в рабочих условиях. Предложены метод измерения температуры и градиента температуры по инфракрасному излучению в двух спектральных диапазонах и методика дополнительной калибровки тепловизора в рабочих условиях с использованием плоскостного серого излучателя. Сформированы требования к плоскостному серому излучателю и предложены варианты его конструкции для различных объектов и условий проведения исследования. Разработаны методика определения теплопотерь по результатам тепловизионного исследования и проект стандарта «Методика тепловизионных исследований зданий». Сформированы рекомендации по проведению медицинского тепловизионного исследования. Предложена программа обучения персонала в области неразрушающего контроля по тепловому методу. The thesis is devoted to improving the normative and technical support of temperature and temperature gradient measurements of objects’ thermal field in industry and medicine. The review of thermal imagers as a means for a research of thermal field of objects’ surface by infrared radiation is conducted, their constructive features are reviewed, generalized extended classification of thermal imagers is proposed. The analysis of thermal imagers usage in industry and medical research for temperature and temperature gradient measurements of objects’ surface is performed, common problems of thermal imagers usage in industry and medicine are identified, their solutions are formed. The main factors which lead to low infrared radiation temperature and temperature gradient measurement accuracy are considered, existing methods and ways of its increasing are analyzed, their advantages and disadvantages are specified. Analysis of thermal imagers calibration in calibration laboratories and their functioning in operating conditions, of normative support of temperature and temperature gradient measurement for objects of industry and medicine are conducted. Sources of thermal imaging research uncertainty are reviewed. The need to improving the normative and technical support for measurement of temperature distribution of objects’ thermal field in industry and medicine are determined. Estimation methodology for uncertainty of temperature and temperature gradient measurement of object’s surface that allows to assess the impact of various factors on different types and components of uncertainty is developed. By the analysis and evaluation of uncertainty for infrared radiation temperature and temperature gradient measurement, this methodology allows to propose measures for its reducing. Analytical expressions of sensitivity coefficients of factors influence that determine the value of output signal in working conditions are obtained. Infrared radiation temperature and temperature gradient measurement method on principle “band in band” and methodology of thermal imager “in-situ” calibration by using extended area gray emitter are offered. They provide a significant reduction of methodological uncertainty by taking into account the effect on the temperature and temperature gradient measurement emissivity of the researched object, the transmission of intermediate medium and reflection of background radiation. The analysis of choosing of specific wavelengths values for spectral bands on the principle “band in band” is performed and possible ways to implement two-bands temperature measurement are discussed. Requirements to extended area gray emitter are formed and its design variants for different objects and conditions are proposed. Methodology of buildings heat losses determination and their monetary evaluation on the results of thermal imaging research is developed. This allows to determine the heat losses increase in monetary equivalent and to assess the recoupment of work to eliminate these sources of heat losses. The project of standard “Methodology of buildings thermal imaging research” is developed. Recommendations for a medical thermal imaging research are formed. The program of personal training in the field of non-destructive control on thermal method is proposed. It is aimed to improve the staff qualification of thermal imaging laboratory and to reduce the uncertainty of thermal imaging research resulting from incorrect measurements, incorrect analysis of the results or non-use of methods for improving the accuracy of infrared radiation temperature and temperature gradient measurements.