"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7431
ETF7431 "Infrapunase termograafia rakenduste metroloogiline kindlustatus (1.01.2008−31.12.2011)", Mart Noorma, Tartu Ülikool, Füüsika-keemiateaduskond, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond.
ETF7431
Infrapunase termograafia rakenduste metroloogiline kindlustatus
Effects of ambient conditions on absolute infrared thermography
1.01.2008
31.12.2011
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP180 Metroloogia, instrumentatsioon1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.15. Ehitus- ja kommunaaltehnikaT140 Energeetika 2.1. Ehitusteadused (ehitusprojekteerimine, ehitustehnika, tööstus- ja tsiviilehitus ning teised seotud teadused)50,0
AsutusRollPeriood
Tartu Ülikool, Füüsika-keemiateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituutkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2011
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008420 000,00 EEK (26 842,89 EUR)
01.01.2009−31.12.2009403 200,00 EEK (25 769,18 EUR)
01.01.2010−31.12.2010366 480,00 EEK (23 422,34 EUR)
01.01.2011−31.12.201123 422,80 EUR
99 457,21 EUR

Käesoleva projekti eesmärgiks on toetada infrapuna termograafia rakendusi mõõtmistega seotud määramatuse komponentide ning võimalike veaallikate süstemaatilise uurimise kaudu. Projekti eesmärkide saavutamiseks uuritakse hajuskiirguse ning keskkonnaparameetrite mõju mõõtmistulemustele, valideeritakse mõõte- ja kalibreerimismeetodid ning arendatakse välja Eestis senini puuduv termokaamerate kalibreerimissüsteem jälgitavusega rahvusvahelise mõõtühikutesüsteemini ITS-90. Termograafia on kiire ja täpne meetod temperatuurijaotuste mõõtmiseks erinevates rakendustes, nagu näiteks mittepurustav testimine, hoonete soojalekete määramine, meditsiin jne. Tänapäeval on tavaseadmetega võimalik saavutada tasapinnaliste objektide temparatuurijaotuse mõõtmisel määramatus tasemel 20 mK. Samas mõõtetulemuste seosed absoluutse temperatuuriskaalaga ITS-90 jäävad vähemalt kaks suurusjärku halvemale tasemele – tüüpilised tootjate poolt termokaameratele spetsifitseeritud lubatud veapiirid on vahemikus 2 K kuni 5 K. Põhilised määramatuseallikad tulenevad kaamerast endast, mõõdetavast objektist ning ümbritsevast keskkonnast. Nii tehnoloogilised arengud infrapunakaamerates kui ka kaamerate kalibreerimeetodite arendamine võimaldavad lähitulevikus termokaameratega mõõdetava temperatuuri määramatust oluliselt vähendada, mille tagajärjel paraneb mõõtmiste usaldatavus ning nende põhjal tehtud otsuste kvaliteet. Heaks näiteks on ehitiste soojalekete hindamine – kiirelt tõusvate ehitushindade ning küttekulude tingimustes peavad otsused ehitiste soojusisolatsiooni parandamiseks põhinema võimalikult täpsetel mõõtmistel; vastasel juhul kuluvad liigsed ressursid kas ehitustöödele või küttele. Ainuüksi Eestis võib paranevast mõõtevõimest tulenevat ressursside säästu hinnata kümnetele miljonitele kroonidele. Käesoleva projekti käigus viiakse läbi põhjalik uuring termograafias kasutatavate infrapunakaamerate mõõtetulemuse keskkonnatingimustest sõltuvuse väljaselgitamiseks. Mõõtmisteks kasutatakse kliimakambrit ning etalonkiirgusallikat, mille kohaldamine ning kalibreerimine viiakse läbi koostöös Soome rahvusliku metroloogiakeskasutuse MIKES ning Helsingi Tehnikaülikooli teadlastega. Kalibreeritav temperatuurivahemik on 0 °C kuni +30 °C keskkonnatemperatuuridel -30 °C kuni +30 °C; piirid vastavad reaalsetele kasutustingimustele Eestis ja Põhjamaades. Uurimistöö tulemusi arvestades konstrueeritakse uus kalibreerimissüsteem infrapunakaamerate kalibreerimiseks ning töötatakse välja vastavad metoodikad.
The objective of this project is to support the applications of thermal imaging through systematic study of uncertainty components in absolute thermography. The subtasks include characterization of thermal imagers and cameras, validation of measurement methods, and development of a setup, which enables the absolute calibration of thermal cameras in realistic ambient conditions. Thermal imaging is a powerful tool for temperature distribution measurements of various objects in non-destructive testing, thermography of buildings, medicine etc. Nowadays, the relative temperature measurements can be performed with accuracy at the level of 20 mK using conventional thermal cameras. However, the uncertainty of the absolute temperature scale is typically about two orders of magnitude higher (2 to 5 K). The main contributions to the high uncertainty arise from the equipment, environment and the properties of the measurement object. While relative temperature distribution measurements are extremely valuable, in the future, improved accuracy of the absolute temperature measurements (possibly down to the level of 0.1 K) will open up new possibilities in all applications of thermal imaging. For example in construction business, with rapidly increasing costs on both energy and construction, it is important to justify all decisions on additional heat insulation with reliable quantitative measurements. Without doing so, the resources will be unnecessarily wasted on either construction or energy. Calibration of conventional thermal cameras at various controlled environmental conditions is important in order to account for the influence of the ambient environment on the measurement result through out-of-field scattered radiation. In this project, the measurements will be carried out at in a temperature controlled environment using a low-temperature blackbody source in the temperature range between 0 and +30 °C at ambient temperatures between -30 °C and +30 °C. These limits arise from conventional measurement conditions in Baltic and Nordic regions. New calibration setup will be developed in cooperation with Finnish national metrology institute MIKES. The results on this project are directly related to the real needs of the thermography community in Estonia and Finland as well as in EU in general. Significant new scientific knowledge in the field of metrology will be generated through detailed analysis of uncertainty components arising from variations in environmental conditions.