A szerkesztő előszava:
Néha a legegyszerűbb dolgokról is kiderülhet hogy nem is olyan egyszerűek. Ilyen volt számomra az infravörös méréstechnika is. Ennek ipari alkalmazása terén csak egy ismerősöm volt, e cikksorozat szerzője, Mezző Zoltán, aki jelenleg a Pneuroll Kkt. méréstechnikai szaktanácsadója. Bízom benne, hogy írásai az olvasóknak is hasznára válnak. (F.S.)
Akik az utat kitaposták
Ősrégi felismerés, hogy ha egy fémdarabot tűzbe tartunk, izzani kezd, azaz fényt bocsát ki. Mégis csak a 1800-as évben fogalmazódott meg a logikus következtetés William Herschel, a zeneszerzőként is ismert csillagász szájából: minden test minden hőmérsékleten bocsájt ki elektromágneses sugárzást. 60 évvel később Gustav Kirchoff, számításainak bázisául választotta az abszolút feketetestnek elnevezett tárgyat: Ez egy olyan test, amely a ráeső sugárzást teljes egészében elnyeli. Ebből az is nyilvánvaló, hogy az adott hőmérsékletű testek közül a feketetest sugároz a legintenzívebben. Kirchoff nevéhez azonban nem csak ez kapcsolódik: észrevette, hogy azok a testek, amelyek könnyen felmelegíthetők (nagy az abszorpciókészségük), könnyen le is adják a hőt: nagy az emissziókészségük. A két mennyiség hányadosa minden hőmérsékleten állandó, a testre jellemző. 1865-ben Clark Maxwell felírta a róla elnevezett egyenleteket, az elektromágneses tér egyenleteit.
Ez korszakos felfedezés volt: az első olyan hullám, amely közvetítő közeg nélkül terjed. Hát még az, amikor kiderült: A látható fény is ilyen, elektromágneses hullám. Számításait Hertz igazolta 22 évvel később. 1879-ben született meg kísérletek eredményeképp az első kvantitatív összefüggés, amelyet 5 év múlva számítások is követtek. Ez a Stefan-Boltzmann-törvény, amely kimondja: a feketetest által kibocsátott összes energia arányos a test hőmérsékletének negyedik hatványával: Etot=Σ*T4. A Σ arányossági tényezőt -rendkívüli ötletességről téve tanúbizonyságot – Stefan-Boltzmann-állandónak nevezték el. A színhőmérséklet Ez a törvény már ad egy lehetőséget a testek hőmérsékletének kontaktusmentes mérésére. Ha valahogyan meg tudnánk mérni egy test által kibocsátott összes energiát, tudnánk a hőmérsékletét számítani, persze azzal a közelítéssel, hogy a testet feketetestnek gondoljuk. Hogy ezt a közelítést jelezzük, az ily módon nyert hőmérsékletet színhőmérsékletnek nevezzük. Nincs is már más dolgunk ehhez, mint hogy építsük egy összsugárzás-pirométert. Meg is tették, és kiderült, a Nap felszíne kb. 6.000K hőmérsékletű…
Egy másik fontos felfedezés is született, ezt Wien-nek köszönhetjük. A jelenség megintcsak a vaskor óta ismert, és a nagymama rezsóján mindenki megfigyelheti: A fémek emelkedő hőmérsékleten egyre jobban izzanak, egyre nagyobb frekvenciájú (kisebb hullámhosszú) fényt emittálnak. Némi számolgatás után kiderült: a kibocsátott energia spektrális eloszlásának (vagyis a hullámhossz függvényében ábrázolt energiasűrűségnek) a maximumhelyét jelző λmax hullámhossz a test abszolút hőmérsékletével fordítottan arányos:
λmax*T=állandó
Mennyire fekete a felület?
Fontos hogy tudjuk, menyire tekinthető a mérni kívánt test esetében a feketetest megfelelő közelítésnek. Erre egy 0 és 1 közötti számot használunk, amelynek a neve feketeségi fok, de ezt a szomszéd is megértené, ezért emissziós tényezőként szoktuk emlegetni. Persze a helyzet nem ilyen egyszerű, mert sok esetben az emissziós tényező minden hullámhossz esetén eltérő. Az ilyen testeket szelektív sugárzóknak nevezzük. A barátságosabbakat, amelyeknél az emissziós tényező független minden hullámhosszra, azonos értékű, szürke testeknek hívjuk.
Nyilvánvalóan nem közömbös a mérések iránya sem. Az emittált sugárnyaláb által keltett felületi fényesség a megfigyelés iránya és a felület normálisa közti szög cosinusa szerint csökken. Ezt Lambert-szabálynak nevezzük.
Zavaró tényezők:
Számos zavaró tényező nehezíti az infratechnikai méréseket:
- a vizsgált testet környező térrész hőmérsékleti sugárzása (amely közvetlenül érkezhet a kamerába vagy
- reflektálódhat magáról a vizsgált felületről),
- a test átlátszósága révén átengedheti a mögötte lévő sugárzók hullámait,
- a levegő bizonyos hullámhosszú sugárzást örömmel el is nyel.
Úgy tűnik, nem lesz könnyű dolgunk ha az iparban infra technikával ha pontosan akarunk mérni…