Kieszonkowy przewodnikTermografia

Przygotuj się na przyszłość

Teoria - Zastosowania praktyczne - Porady i sztuczki

Prawa autorskie, gwarancja i odpowiedzialnośćInformacje zawarte w niniejszym Przewodniku są chronione prawem autorskim.Wszystkie prawa posiada wyłącznie firma Testo Treść Przewodnika oraz zdjęcia niemogą być reprodukowane w celach komercyjnych, modyfikowane lub wykorzysty-wane w celach innych niż określone bez uprzedniej pisemnej zgody Testo Informac-je zwarte w niniejszym Przewodniku były zbierane z dużą uwagą. Tym niemniej jed-nak przedstawione tu informacje nie są wiążące, a Testo zastrzega sobie prawowprowadzania zmian i dodatków. Testo nie oferuje żadnej gwarancji prawidłowości ikompletności przedstawionych tu informacji. Odpowiedzialność powstająca zjakiegokolwiek powodu prawnego jest ograniczona do szkód spowodowanych przezTesto oraz jej delegowanych agentów i wykonawców, wynikających z ich zamiarów,znaczącego zaniedbania lub, w przypadku złamania zobowiązań umownych, małegozaniedbania. W przypadku małego zaniedbania zakres odpowiedzialności Testo jestograniczony do szkód typowych lub przewidywalnych dla podobnych transakcji tejnatury. Nie wpływa to na prawa do odszkodowania wynikające z gwarancji lubzgodne z Ustawą o odpowiedzialności za produkt.

Testo, wrzesień 2008

3

Wstęp

Drogi Kliencie Testo!

"Obrazy mówią więcej niż tysiąc słów"

W czasach rosnących kosztów energii i wysokich kosztówprzestoju maszyn, bezkontaktowy pomiar temperatury zyskałna znaczeniu tak w celu oceny wydajności budownictwa, jak i wkonserwacji maszyn przemysłowych. Istnieje kilka podstawowych,których należy przestrzegać w przypadku bezkontaktowegopomiaru temperatury. “Przewodnik kieszonkowy - Termografia”został stworzony jako podsumowanie pytań zadawanych przez naszych klientów. “Doprawiony” mnóstwem interesujących informacji oraz porad i sztuczek dotyczących praktycznych zastosowań pomiarowych. Przewodnik ten oferujeużyteczną i skuteczną pomoc i wsparcie w codziennej pracy.skuteczną pomoc i wsparcie w codziennej pracy.Życzymy milego czytania!

Daniel Auer, Kierownik Grupy Produktów do Pomiaru w Podczerwieni

Spis treści

1. Teoria termografii 5

1.1 Emisja, odbicie i transmisja 6

1.2 Pomiar punktu i pomiar odległości 13

2. Termografia w praktyce 16

2.1 Mierzony przedmiot i środowisko pomiaru 16

2.22 Określanie e i RTC w zastosowaniach praktycznych 25

2.3 Źródła błędów pomiarach w podczerwieni 29

2.4 Optymalne warunki do pomiaru w podczerwieni 34

2.5 Idealny obraz termiczny 36

3. Załącznik 39

3.1 Słowniczek pojęć związanych z termografią 39

3.2 Tabela emisyjności 50

3.3 Testo poleca 52

5

1 Teoria termografiiKażdy przedmiot o temperaturze powyżej zera absolutnego (0 Kelvinów = -273,15 °C) emituje promienie podczerwone.Promieniowanie to jest niewidoczne dla oka ludzkiego. Jak udowodnił fizyk Max Planck już w 1900 roku istniejekorelacja pomiędzy temperaturą ciała a intensywnością emi-towanego promieniowania podczerwonego. Kamera termowi-zyjna dokonuje pomiaru długich fal promieniowania podczer-wonego, które znajdują się w jej "polu widzenia". Na podstawietego dokonywane jest obliczenie temperatury mierzonegoprzedmiotu. Obliczenie to bierze pod uwagę emisyjność (e)powierzchni przedmiotu oraz kompensację temperatury odbitej(RTC = reflected temperature compensation, czyli kompensa-cja temperatury odbitej) - obydwie te zmienne można ręcznieustawić w kamerze termowizyjnej. Każdy piksel wykrywacza oznacza punkt termiczny, który jestpokazany na obrazie jako obraz w fałszywych kolorach (por."Pomiar punktów i pomiar odległości", str. 13). Termografia (pomiar temperatury za pomocą kamery termowi-zyjnej) to pasywna, bezkontaktowa metoda pomiaru. Kameratermowizyjna pokazuje rozkład temperatury na powierzchniprzedmiotu. Dlatego też kamera termowizyjna nie umożliwiaspojrzenia do wewnątrz czy przez przedmiot.

6

1.1 Emisja, odbicie i transmisja

Promieniowanie wykrywane przez kamerę termowizyjną składasię z długich fal promieniowania podczerwonego emitowanego,odbitego i przenikającego przez przedmioty znajdujące się wpolu widzenia kamery termowizyjnej.

Emisyjność (e)Emisyjność (e) to pomiar zdolności materiału do emitowania(oddawania) promieniowania podczerwonego. e różni się w zależności od właściwości podłoża, materiału

oraz, w przypadku niektórych materiałów, także od tempe-ratury mierzonego przedmiotu.

Rysunek 1.1: Emisja, odbicie i transmisja

t

r

e

7

Maksymalna emisyjność: e = 1 ( 100%) (cf. “por. "ciaładoskonale czarne" p. 38). e = 1 nigdy nie pojawia się wrzeczywistości.

Ciała rzeczywiste: e < 1, ponieważ ciała rzeczywiste mogątakże odbijać i transmitować promieniowanie.

Wiele materiałów niemetalicznych (np. PVC,beton,substancje organiczne) mają wysoką emisyjność w zakresiedługich fal promieniowania podczerwonego, która nie zależyod temperatury (e » 0.8 to 0.95).

Metale, zwłaszcza te o błyszczącej powierzchni, mają niskąemisyjność, która zmienia się wraz z temperaturą.

e może zostać ustawiona ręcznie w kamerze termowizyjnej.Współczynnik odbicia (r)

Współczynnik odbicia (r) to pomiar zdolnośći materiału do

odbijania promieniowania podczerwonego.

r zależy od właściwości powierzchni, temperatury oraz typumateriału.

Ogólnie, gładkie, wypolerowane powierzchnie odbijają silniejniż powierzchnie matowe i chropowate wykonane z tegosamego materiału.

Temperatura odbijanego promieniowania może zostać usta-wion a ręcznie w kamerze termowizyjnej (RTC).

W przypadku wielu zastosowań pomiarowych RTC odpowia-da temperaturze otoczenia. Można ją zmierzyć używając naprzykład termometr testo 810.

8

RTC może zostać określone przy użyciu radiatora Lamberta(por. "Pomiar temperatury odbitej przy pomocy (zaimprowi-zowanego) radiatora Lamberta", str. 27).

Kąt odbicia odbitego promieniowania podczerwonego jest

zawsze taki sam jak kąt padania (por. “odbicie kierunkowe”,

str. 31).

Transmitancja (t)

Transmitancja (t) to pomiar zdolności materiału do transmitowania

(przepuszczania) promieniowania podczerwonego.

t zależy od rodzaju i grubości materiału. Większość materiałów jest nieprzenikalna, tj.

nieprzepuszczalna dla długich fal promieniowania

podczerwonego.

Prawo promieniowania Kirchhoffa:

Promieniowanie podczerwone rejestrowane przez kamerę termowizyjną składa się z: promieniowania emitowanego przez mierzony przedmiot;

odbicia promieniowania otoczenia;

promieniowania przenikającego przez mierzony przedmiot.(pro. rys.. 1.1, str. 6)

Suma tych części zawsze przyjmowana jest jako 1 ( 100%):

e + r + t = 1

Jako że przenikanie rzadko odgrywa rolę w praktyce, transmisja t jest omijana i formuła

e + r + t = 1

9

zostaje uproszczona do

e + r = 1.

Dla termografii oznacza to, że:Im niższa emisyjność, tym wyższy udział odbitego promieniowania

podczerwonego, tym trudniejsze jest dokonanie dokładnego pomiaru

temperatury tym ważniejsze jest właściwe ustawienie kompensacji tem-

peratury odbitej (RTC).Korelacja pomiędzy emisją a odbiciem

1. Przedmioty o wysokiej emisyjności (e ³ 0.8):

mają niski współczynnik odbicia (r): r = 1 - e.

Ich temperatura może zostać bardzo łatwo zmierzonaprzy pomocy kamery termowizyjnej.

2. Przedmioty o wysokiej emisyjności (0.6 < e < 0.8):

mają średni współczynnik odbicia (r): r = 1 - e.

Ich temperatura może zostać łatwo zmierzona przypomocy kamery termowizyjnej.

3. Przedmioty o niskiej emisyjności (e £ 0.6)

mają wysoki współczynnik odbicia (r): r = 1 - e.

Pomiar temperatury za pomocą kamery termowizyjnej jestmożliwy, ale wyniki należy dokładnie zbadać.

Kluczowe jest ustawienie kompensacji temperaturyodbitej (RTC), jako że jest to ważny czynnik w oblicze-niach temperatury.

10

Zapewnienie, że ustawienie emisyjności jest prawidłowe, jestszczególnie istotne w przypadku dużych różnic pomiędzy tem-peraturą mierzonego przedmiotu a temperaturą otoczenia.

1. Gdy temperatura mierzonego przedmiotu jest wyższa niżtemperatura otoczenia (por. grzejnik na Rys. 1.2, str. 11): Zbyt wysokie ustawienia emisyjności mogą doprowadzićdo zbyt niskich odczytów temperatury (por. kamera 2). Zbyt niskie ustawienia emisyjności mogą doprowadzićdo zbyt wysokich odczytów temperatury (por. kamera 1).

2. Gdy temperatura mierzonego przedmiotu jest niższa niżtemperatura otoczenia (por. drzwi na Rys. 1.2, str. 11): Zbyt wysokie ustawienia emisyjności mogą doprowadzićdo zbyt wysokich odczytów temperatury (por. kamera 2). Zbyt niskie ustawienia emisyjności mogą doprowadzićdo zbyt niskich odczytów temperatury (por. kamera 1).

Uwaga: Im większa różnica między temper-aturą mierzonego przedmiotu a temperaturąotoczenia i im niższa emisyjność, tym większesą błędy pomiaru. Błędy te są większe w przy-padku nieprawidłowego ustawienia emisyjności.

11

Rysunek 1,2: Efekty nieprawidłowego ustawienia emisyjnościpodczas pomiaru temperatury.

e=0.7

65°

50°

35°

20°

5°

e=1

e=0.960°C

e=0.915°C

1 2

12

Za pomocą kamery termowizyjnej możliwy jestwyłącznie pomiar temperatury powierzchni;niemożliwe jest spojrzenie do wnętrza czegoś przezcoś innego.

Wiele materiałów, takich jak szkło, które są przeźroczyste dlaoka ludzkiego nie jest przenikalnych (przepuszczalnych) dladługich fal promieniowania podczerwonego (por. "Pomiar naszkle", str. 30).Tam, gdzie jest to konieczne, należy zdjąć osłony z mierzonego

przedmiotu, w przeciwnym razie kamera termowizyjna dokonatylko pomiaru temperatury powierzchni osłony.

Uwaga:Zawsze należy podstępować zgodnie z instrukcjąobsługi mierzonego przedmiotu! Nieliczne przenikalne materiały to na przykład cienkie płyty

z plastiku i german, materiał, z którego wykonane są obiek-tywy i nasadki ochronne kamer termowizyjnych Testo. Jeżeli elementy znajdujące się pod powierzchnią wpływają

na rozkład temperatury na powierzchni mierzonego przed-miotu poprzez przewodzenie ciepła, struktura i kształtprzedmiotu znajdującego się wewnątrz mierzonego przed-miotu mogą zostać odwzorowane na obrazie termicznym.Kamera termowizyjna mierzy jednak tylko temperaturępowierzchni. Dokładne określenie temperatury poszczegól-nych elementów mierzonego przedmiotu nie jest możliwe.

13

1.2 Pomiar punktu i pomiar odległości Trzy zmienne muszą być wzięte pod uwagę w celu określeniaprawidłowej odległości do przeprowadzenia pomiaru orazmaksymalnej wielkości przedmiotu, który będzie widzialny lubmierzalny. pole widzenia (FOV);

najmniejszy identyfikowalny przedmiot (IFOVgeo)

najmniejszy mierzalny przedmiot/punkt pomiarowy

(IFOVmeas).

Rysunek 1.3: Pole widzenia kamery termowizyjnej

FOV

32°

1 m

14

Pole widzenia (FOV) kamery termowizyjnej określa obszarwidoczny za pomocą kamery termowizyjnej (por. Rys 1.3, str.13). Determinuje je użyty obiektyw (n.p. obiektyw szerokokątny

32° - standardowy dla testo 880, teleobiektyw 9° dostępny jestjako element dodatkowy). Ponadto należy znać dane najm-niejszego identyfikowalnego przedmiotu (IFOVgeo) dla danejkamery termowizyjnej.

Rysunek 1.4: Pole widzenia jednego piksela

W celu uzyskania dużego pola widzenia należyużyć obiektywu szerokokątnego.

3.5 mm

1 m

IFOVgeo

IFOVmeas

3.5 mrad

15

Określa to rozmiar piksela według odległości. Przy rozdzielczości przestrzennej obiektywu wynoszącej 3,5mrad oraz odległości pomiarowej 1 m, najmniejszyidentyfikowalny przedmiot (IFOVgeo) ma długość krawędzirówną 3,5 mm i jest pokazany na wyświetlaczu jako piksel(por. Rys. 1.4, str. 14). W celu otrzymania dokładnych wynikówpomiaru mierzony obiekt powinien być 2 do 3 razy większy niżnajmniejszy identyfikowalny przedmiot (IFOVgeo).Dlatego też poniższa reguła dotyczy najmniejszych mierzalnych

przedmiotów (IFOVmeas):

IFOVmeas » 3 x IFOVgeo

Dla dobrej rozdzielczości przestrzennej należyużyć teleobiektywu..

Za pomocą kalkulatora FOV od Testo możliwe jestobliczanie wartości FOV, IFOVmeas i IFOVgeo dla różnychodległości. Bezpłatną praktyczną płytę z kalkulatorem możnazamówić na stronie www.testo.pl/FOV lub dokonywaćobliczeń online.

16

2 Termografia w praktyce

2.1 Mierzony przedmiot i środowisko pomiaru

Mierzony przedmiot 1. Materiał i emisyjność1. Materiał i emisyjnośćPowierzchnia każdego materiału ma specyficzną emisyjność, napodstawie której określana jest ilość promieniowania podczer-wonego emitowanego z danego materiału, które jest odbijane emitowane (wypromieniowane przez sam przedmiot).2. Kolor Kolor materiału nie ma zauważalnego wpływu na długie falepromieniowania podczerwonego emitowanego przez mierzonyprzedmiot podczas pomiaru temperatury za pomocą kamery ter-mowizyjnej. Ciemne powierzchnie pochłaniają więcej krótkich falpromieniowania podczerwonego niż powierzchnie jasne i dlategoteż szybciej się nagrzewają. Emitowane promieniowanie podczer-wone zależy jednak od temperatury a nie od koloru powierzchnimierzonego przedmiotu. Grzejnik pomalowany na przykład naczarno emituje dokładnie taką samą ilość długich fal promieniowa-nia podczerwonego jak grzejnik pomalowany na biało przy tejsamej temperaturze.

3. Powierzchnia mierzonego przedmiotuWłaściwości powierzchni mierzonego przedmiotu odgrywająkluczową rolę przy pomiarze temperatury za pomocą kamerytermowizyjnej. Emisyjność powierzchni zależy od struktury

17

powierzchni, zanieczyszczenia i powleczenia.

Struktura powierzchniGładkie, błyszczące, odbijające i/lub wypolerowane powierzch-nie mają na ogół nieco niższą emisyjność niż powierzchniematowe, nierówne, szorstkie, zniszczone i/lub podrapane wprzypadku tego samego materiału. Są to często odbicia kierunk-owe od bardzo gładkich powierzchni (por. "Odbicia kierunkowe",str. 31).Wilgoć, śnieg i szron na powierzchniWoda, śnieg i szron mają względnie wysoką emisyjność (ok. 0.85 < e < 0.96), dlatego też pomiar tych substancji niestanowi na ogół problemu. Należy jednak pamiętać, że odczyttemperatury mierzonego przedmiotu może zostać zakłóconyprzez naturalne "powłoki" tego typu. Wilgoć chłodzi powierzch-nię mierzonego przedmiotu podczas wyparowywania, a śniegma dobre właściwości izolacyjne. Szron na ogół nie tworzyszczelnej powierzchni, dlatego też emisyjność szronu, jakrównież emisyjność powierzchni znajdującej się pod nim muszązostać wzięte pod uwagę podczas pomiaru. Zanieczyszczenie i ciała obce na powierzchniZanieczyszczenia na powierzchni mierzonego przedmiotu, takiejak pył, sadza lub smar zwiększają na ogół emisyjnośćpowierzchni. Dlatego też pomiar brudnych przedmiotów niestanowi z reguły problemu. Kamera termowizyjna dokonuje jednakpomiaru temperatury powierzchni, tj. brudu, a nie dokładnej tem-peratury powierzchni mierzonego przedmiotu znajdującego siępod spodem.

18

Środowisko pomiaru

1. Temperatura otoczenia

Należy także wziąć pod uwagę ustawienie kompensacji tem-peratury odbitej (RTC), jak również emisyjności (e) tak, aby ka-mera termowizyjna mogła prawidłowo dokonać obliczenia temperatury powierzchni mierzonego przedmiotu. W wielu zastosowaniach pomiarowych temperatura odbita odpowiadatemperaturze otoczenia (por. "Promieniowanie", str. 19). Możliwejest zmierzenie jej za pomocą termometru powietrznego, n.p.testo 810.Dokładne ustawienie emisyjności jest szczególnie ważne wprzypadku dużej różnicy temperatur pomiędzy mierzonym

Emisyjność materiału zależy w dużej mierze odstruktury powierzchni materiału.

Należy zapamiętać prawidłowe ustawienieemisyjności według powłoki na powierzchni mier-zonego przedmiotu.

Unikaj dokonywania pomiaru na powierzchniach mokrych lubpowierzchniach pokrytych śniegiem lub szronem.

Unikaj dokonywania pomiaru powierzchni zabrudzonychluźnym materiałem (zakłócenie temperatury poprzez obec-ność kieszeni powietrznych).

Zwłaszcza podczas dokonywania pomiaru gładkich powierzch-ni zwróć uwagę na źródła promieniowania znajdujące się wpobliżu (n.p. słońce, grzejniki, itd.)

19

przedmiotem a środowiskiem pomiaru (por. Rys 1.2, str. 11).2. Promieniowanie

Każdy przedmiot o temperaturze powyżej zera absolutnego (0Kelvinów = -273,15 °C) emituje promienie podczerwone. Wszczególności przedmioty o dużej różnicy temperatury wzglę-dem mierzonego przedmiotu mogą powodować zakłóceniepomiaru promieniowania podczerwonego w wyniku własnegopromieniowania. Należy unikać lub wyłączyć źródła zakłóceńtego typu, jeżeli tylko jest to możliwe. Zasłonięcie źródełzakłóceń (n.p. płótnem lub kartonem) pozwoli na ograniczenienegatywnego wpływu na pomiar. Jeżeli efekt zakłóceń nie możezostać usunięty, temperatura odbita nie odpowiada tempe-raturze otoczenia. Do pomiaru promieniowania odbitego zalecasię użycie na przykład termometru kulistego lub radiatora Lam-berta w połączeniu z kamerą termowizyjną (por. "Określanietemperatury promieniowania odbitego", str. 27).

Charakterystyka termografii zewnętrznejPromieniowanie podczerwone emitowane z czystego niebaokreślane jest nieformalnie jako "zimne rozproszonepromieniowanie niebieskie". Jeżeli niebo jest czyste, w ciągudnia odbijane są "zimne rozproszone promieniowanieniebieskie" (~-50 °C do -60 °C) oraz gorące światło słoneczne(~5 500 °C). W kwestii powierzchni, niebo przewyższa słońce, coznaczy, że temperatura odbita w przypadku termografiizewnętrznej zazwyczaj jest poniżej 0 °C, nawet w słonecznydzień. Przedmioty nagrzewają się na słońcu w wyniku pochła-niania światła słonecznego. Ma to znaczący wpływ na tempe-

20

raturę powierzchni - w niektórych przypadkach nawet przez paręgodzin po byciu wystawionym na działanie promienisłonecznych. Na Rysunku 2.1 (str. 20) można zobaczyć, że rynna jest chłod-niejsza niż ściana domu na obrazie termicznym. Obydwa elemen-ty mają jednak mniej więcej taką samą temperaturę. Należy zatemdokonać interpretacji obrazu. Przyjmijmy, że powierzchnia rynnyjest galwanizowana i ma niezwykle niską emisyjność (e = 0.1).

Tylko 10% promieniowania podczerwonego długofalowego emi-towanego przez rynnę jest zatem inherentnym promieniowaniememitowanym, 90% to odbite promieniowanie otoczenia. Jeżeliniebo jest czyste, na rynnie odbijane jest "zimne rozproszone

Rysunek 2.1: Odbicie podczas pomiaru na zewnątrz

21

promieniowanie niebieskie" (~ -50 °C to -60 °C). Kamera termo-

wizyjna zostaje ustawiona na e = 0.95 and RTC = -55 °C tw celuzapewnienia prawidłowego pomiaru ściany domu. Z powoduniezwykle niskiej emisyjności i bardzo wysokiego współczynnikaodbicia rynna jest na obrazie termicznym zbyt chłodna. W celuprawidłowego odwzorowania temperatur obydwu materiałów naobrazie termicznym, możliwe jest dokonanie retrospektywnejzmiany emisyjności konkretnych obszarów za pomocą opro-gramowania analizującego (np. Testo IRSoft, wersja 2.0 lubwyższa). 3. Pogoda

Chmury

Należy zawsze pamiętać o wpływie własnegopromieniowania podczerwonego.

Podczas pomiaru zmieniaj swoją pozycję w celuzidentyfikowania ewentualnych odbić. Odbicia prze-suwają się, właściwości termiczne mierzonego przedmiotupozostają w tym samym miejscu, nawet przy zmianiepochyłości.

Unikaj dokonywania pomiarów przy bardzo ciepłych lub zim-nych przedmiotach lub zasłoń je.

Unikaj bezpośredniego światła słonecznego, także na kilkagodzin przed pomiarem. Pomiary przeprowadzaj wczesnymrankiem.

Jeżeli tylko to możliwe, pomiary na zewnątrz wykonuj przyzachmurzonym niebie.

22

Mocno zachmurzone niebo to idealne warunki do dokonywaniapomiarów podczerwieni na zewnątrz, ponieważ zasłania onoprzedmioty przez słońcem słonecznym i "zimnym rozpro-szonym promieniowaniem niebieskim" (por. "Promieniowanie",str. 19).

Opady Duże opady (deszcz, śnieg) mogą zakłócić wynik pomiaru.Woda, lód i śnieg mają wysoką emisyjność i są nieprze-puszczalne dla promieniowania podczerwonego. Ponadto po-miar mokrych przedmiotów może zawierać błędy, ponieważpowierzchnia mierzonego przedmiotu chłodzi się podczaswyparowywania cieczy (por. "Powierzchnia mierzonego przed-miotu", str. 16).

Słońce (por. "Promieniowanie", str. 19)4. Powietrze Wilgotność powietrza

Idealne jest dokonywanie pomiarów przy mocno

zachmurzonym niebie.

Należy także zwrócić uwagę na zachmurzeniekilka godzin przed pomiarem.

Unikaj pomiarów podczas silnych opadów.

23

Względna wilgotność powietrza w środowisku pomiaru powinnabyć wystarczająco niska, aby nie było kondensacji w powietrzu(mgły), na mierzonym przedmiocie, na nasadce ochronnej lubobiektywie kamery termowizyjnej. Jeżeli obiektyw (lub nasadkaochronna) jest zamglona część promieniowania podczer-wonego nie zostanie odebrana, ponieważ nie będzie ono mogłow pełni przeniknąć przez wodę do obiektywu. Wyjątkowo gęstamgła może mieć wpływ na wyniki pomiaru, jako że kropelkiwody w ścieżce transmisji przepuszczają mniej promieniowaniapodczerwonego.Przepływ powietrzaWiatr lub przeciąg w pomieszczeniu może mieć wpływ na po-miar temperatury za pomocą kamery termowizyjnej. W wynikuwymiany ciepła (konwekcji) powietrze znajdujące się bliskopowierzchni ma taką samą temperaturę jak mierzony przedmiot.Przy dużym przepływie powietrza lub przeciągu ta warstwapowietrza jest "zdmuchiwana" i zastępowana nową warstwąpowietrza, która nie dostosowała się jeszcze to temperaturymierzonego przedmiotu. W wyniki konwekcji ciepło jest zabie-rane z ciepłego mierzonego przedmiotu i pochłaniane przezzimny mierzony przedmiot aż do momentu, gdy temperaturapowietrza i powierzchni mierzonego przedmiotu dostosują siędo siebie. Efekt wymiany cieplnej wzrasta wraz ze wzrostemróżnicy temperatur pomiędzy powierzchnią mierzonego przed-miotu a temperaturą otoczenia.

24

Zanieczyszczenie powietrzaMateria zawieszona taka jak na przykład kurz, pył, sadza i dymoraz niektóre opary mają wysoką emisyjność i są praktycznienieprzenikalne. Oznacza to, że mogą one zakłócać pomiar,ponieważ emitują własne promieniowanie podczerwone, którejest odbierane przez kamerę termowizyjną. Ponadto tylko częśćpromieniowania podczerwonego mierzonego przedmiotu możeprzedostać się do kamery termowizyjnej, ponieważ zostaje onorozproszone i pochłonięte przez materię zawieszoną.

Nie dokonuj pomiarów w gęstej mgle lub nadparą wodną. Nie dokonuj pomiarów, jeżeli na kamerze termo-

wizyjnej następuje skraplanie wilgoci z powierza(por. "Wilgoć, śnieg i szron na powierzchni ", str.17).

Unikaj wiatru i innych ruchów mas powietrza podczas pomiaru,jeżeli jest to możliwe.

Zaznacz prędkość i kierunek przepływu powietrza podczaspomiaru i weź te dane pod uwagę podczas analizy obrazu ter-micznego.

Nie dokonuj pomiaru przy dużym zanieczyszczeniu powietrza(np. zaraz po podniesieniu dużej ilości pyłu lub kurzu).

Zawsze dokonuj pomiaru przy jak najmniejszej odległościmożliwej dla danego zastosowania pomiarowego, w celu zmini-malizowania wpływu jakiejkolwiek materii zawieszonej w powietrzu.

25

5. ŚwiatłoŚwiatło lub oświetlenie nie mają znaczącego wpływu na wynikpomiaru dokonywanego kamerą termowizyjną. Możliwe jest

także dokonywanie pomiarów w ciemności, jako że kameratermowizyjna dokonuje pomiaru długich fal promieniowaniapodczerwonego. Niektóre źródła światła emitują jednak samepromieniowanie podczerwone i wpływają na temperaturęprzedmiotów znajdujących się w pobliżu. Dlatego też nienależy przeprowadzać pomiarów przy bezpośrednim świetlesłonecznym lub niedaleko na przykład gorącej żarówki. Zimneźródła światła, takie jak diody LED lub neonówki nie są istotne,jako że przetwarzają one większość użytej energii w światłowidzialne a nie w promieniowanie podczerwone.

2.2 Określanie e oraz RTC w zastosowaniach praktycznych

W celu określenia emisyjności powierzchni mierzonegoprzedmiotu można na przykład:

odnieść się do emisyjności podanej w tabeli (por. "Tabelaemisyjności", str. 50). UWAGA:

Wartości podane w tabeli emisyjności są tylko i wyłączniewartościami wytycznymi. Emisyjność powierzchni danegomierzonego przedmiotu może różnić się od wartościpodanych w tabeli.

określić emisyjność poprzez pomiar referencyjny za pomocątermometru kontaktowego (np. termometru testo 905-T2 lubtesto 925) (por. "Metoda wykorzystująca termometr

26

kontaktowy", str. 25). określić emisyjność poprzez pomiar referencyjny za pomocą

kamery termowizyjnej (por. "Metoda wykorzystująca kamerętermowizyjną", str. 26).

Określanie emisyjności za pomocą pomiarureferencyjnego

1. Metoda wykorzystująca termometr kontaktowyNajpierw dokonaj pomiaru temperatury powierzchni mierzonegoprzedmiotu za pomocą termometru kontaktowego (np. testo905-T2 lub testo 925). Teraz zmierz temperaturę powierzchnimierzonego przedmiotu za pomocą kamery termowizyjnej przyustawieniu emisyjności na jeden. Różnica pomiędzy wartościa-mi temperatur z pomiaru za pomocą termometru kontaktowegoi kamery termowizyjnej to wynik zbyt wysokiego ustawieniaemisyjności. Stopniowo obniżając emisyjność możesz zmienićwynik pomiaru temperatury aż do momentu, gdy będzie onaodpowiadać wartości otrzymanej podczas pomiaru kontakto-wego.2. Metoda wykorzystująca kamerę termowizyjnąNajpierw umieść kawałek taśmy z określoną emisynością (np. odpornej natemperaturę emisyjnej taśmy klejącej Testo) na mierzonymprzedmiocie. Odczekaj krótką chwilę, a następnie dokonajpomiaru temperatury powierzchni mierzonego przedmiotu nazaklejonym obszarze przy pomocy kamery termowizyjnej

27

przy emisyjności ustawionej dla taśmy klejącej. Ta temperaturajest temperaturą referencyjną. Dokonuj regulacji ustawieniaemisyjności aż do momentu, gdy pomiar temperatury przypomocy kamery termowizyjnej będzie miał taki sam wynik dlaobszaru niezaklejonego jak temperatura referencyjna. Takustawiona emisyjność odpowiada emisyjności powierzchnimierzonego przedmiotu. Jako alternatywę dla taśmy z określonąemisyjnością możesz także: pokryć mierzony przedmiot powłoką lub farbą o znanej

emisyjności. pokryć mierzony przedmiot grubą warstwą (> 0.13 mm)

oleju odpornego na wysokie temperatury (e » 0.82).

pokryć mierzony przedmiot grubą warstwą sadzy

(e » 0.95).

Określanie temperatury promieniowania odbitego Po usunięciu wszystkich możliwych źródeł zakłóceń, któremogłyby wpływać na pomiar, temperatura odbitegopromieniowania podczerwonego jest taka sama jak temperatu-

UWAGA:

Zawsze należy podstępować zgodnie z instrukcjąobsługi mierzonego przedmiotu!

Podczas powlekania lub owijania mierzonegoprzedmiotu należy pamiętać, że powłoka lub taśma klejącamusi najpier dostosować się do temperatury przedmiotu zanimmożliwe będzie dokonanie prawidłowego pomiaru.

28

ra otoczenia. Temperatura otoczenia może zostać zmierzonatermometrem, np. testo 810 i na tej podstawie RTC może zostaćwprowadzone do kamery termowizyjnej. Jeżeli jednak źródłapromieniowania są obecne w środowisku pomiarowym należyokreślić temperaturę odbitego promieniowania w celuzapewnienia dokładnego wyniku pomiaru. Pomiar temperatury odbitej przy pomocy (zaimprowizowanego)

radiatora Lamberta

Radiator Lamberta to przedmiot, który odbija incydentalnepromieniowanie przy optymalnym rozproszeniu, innymi słowyrówno we wszystkich kierunkach. Temperatura promieniowaniaodbitego może zostać zmierzona na radiatorze Lamberta przypomocy kamery termowizyjnej. Kawałek zgniecionej, a następ-nie rozwiniętej folii aluminiowej może być odpowiednim substy-tutem radiatora Lamberta. Folia posiada wysoki współczynnik odbicia a dzięki pomarszczo-nej strukturze, odbicie rozproszone promieniowania jest bliskieideałowi (por. Rys 2.3, prawa strona folii aluminiowej, str. 32).

W celu zmierzenia temperatury promieniowania odbitegoumieść radiator Lamberta niedaleko mierzonego przedmiotu lubna powierzchni mierzonego przedmiotu. Następnie zmierz tem-peraturę radiatora przy emisyjności ustawionej na jeden. Ka-mera dokona obliczenia temperatury promieniowania incyden-talnego. Możesz teraz wprowadzić tę wartość jako RTC dokamery termowizyjnej i dokonać pomiaru temperatury mie-rzonego przedmiotu przy emisyjności ustawionej dla powierz-

29

chni mierzonego przedmiotu.

2.3 Źródła błędów pomiarach w podczerwieni

Następujące czynniki mogą zakłócić wyniki pomiaru w podczer-wieni: Nieprawidłowe ustawienie emisyjności Określ i ustaw prawidłową emisyjność (por. "Określanieemisyjności za pomocą pomiaru referencyjnego", str. 25).

Nieprawidłowe ustawienie RTC

Określ i ustaw temperaturę odbitą (por. "Określanie tem-peratury promieniowania odbitego", str. 27).

Nieostry obraz termiczny

Ustaw ostrość obrazu termicznego w prawidłowym miejscu, jako że ostrość nie może zostać zmieniona na gotowym obrazie termicznym.

Zbyt duża lub zbyt krótka odległość pomiarowa

Pomiar wykonany nieprawidłowym obiektywem Punkt pomiarowy jest zbyt duży Podczas dokonywania pomiaru zapamiętaj minimalnąodległość ostrzenia kamery termowizyjnej. Podobnie jak w przypadku normalnego zdjęcia, użyj

odpowiednio teleobiektywu lub obiektywu szerokokąt-nego.

Jeżeli to możliwe, wybieraj małą odległość pomiarową. Usterki w ścieżce transmisji (np. zanieczyszczenie

powietrza, osłony, itd.)

30

Wpływ zewnętrznych źródeł promieniowania (np. żarówki,słońce, grzejniki, itd.)

Nieprawidłowa interpretacja obrazu termicznego z powoduodbicia

Unikaj dokonywania pomiaru w miejscach, gdzie obecne sąźródła zakłóceń. Wyłącz lub zasłoń źródła zakłóceń, jeżeli to możliwe, lub

uwzględnij ich wpływ w analizie obrazu termicznego. Gwałtowna zmiana temperatury otoczenia Jeżeli następuje zmiana temperatury otoczenia z niskiej

na wysoką, istnieje ryzyko wystąpienia kondensacji wilgo-ci na obiektywie.

Rysunek 2.2: Pomiar na szkle

Szyba szklana umieszczona przed mierzonym przedmiotem

31

Jeżeli tylko to możliwe, korzystaj z kamer termowizyjnychz detektorem stabilizowanym.

Nieprawidłowa interpretacja obrazu termicznego z powodubraku wiedzy na temat kształtu mierzonego przedmiotu

Rodzaj oraz kształt mierzonego przedmiotu powinien byćznany. Skorzystaj także ze zdjęć, jeżeli to możliwe, w celu zinter-pretowania obrazu termicznego.

Pomiar na szkle

Ludzkie oko widzi przez szkło, ale szkło jest nieprzenikalne dlapromieniowania podczerwonego. Kamera termowizyjnadokonuje zatem pomiaru tylko temperatury powierzchni szkła anie temperatury przedmiotów znajdujących się za nim (por. Rys.2.2). Szkło jest przenikalne dla krótkich fal promienia podczer-wonego, takich jak światło słoneczne. Dlatego też należypamiętać, że światło słoneczne padające na przykład przezokno, może podgrzać mierzony przedmiot. Szkło jest takżemateriałem odbijającym. Podczas przeprowadzania pomiaru naszkle należy zatem zwrócić także uwagę na odbicie kierunkowe(por. "Odbicie kierunkowe", str. 31).Pomiar na metaluMetale, zgłasza o błyszczącej powierzchni, silnie odbijają długiefale promieniowania podczerwonego. Mają one niezwykle niskąemisyjność, która zmienia się wraz z temperaturą (por. "Ciałakolorowe", str. 40) Pomiar ich temperatury za pomocą kamerytermowizyjnej może zatem być problematyczny. Oprócz regu-lacji emisyjności, szczególnie ważne jest prawidłowe ustawienietemperatury odbitej (por. "Określanie temperatury promieniowa-

32

nia odbitego", str. 27). Należy wziąć pod uwagę takżewskazówki dotyczące odbicia kierunkowego (por. "Odbiciekierunkowe", str. 31). Jeżeli metale są pomalowane, pomiar niejest problematyczny, jako że farby z reguły mają wysokąemisyjność. Należy jednak wziąć pod uwagę odbiciapromieniowania otoczenia. Odbicie kierunkowe

Jasno widoczne odbicie kierunkowe jest często oznakąpowierzchni o wysokim współczynniku odbicia, tj. powierzchni zniską emisyjnością. Jednakże wysokie odbicie kierunkowe tonie zawsze to samo co wysoki współczynnik odbicia. Na

Rysunek 2.3: Odbicie kierunkowe i rozproszone

33

przykład odbicia kierunkowe promieniowania otoczenia mogąbyć widziane na obrazie termicznym powierzchni powleczonejfarbą (np. sylwetka czytającej osoby), mimo że farba ma na ogółniską emisyjność (e » 0.95). Odwrotnie, kontury odbitych przed-

miotów znajdujących się w środowisku pomiaru nie są widzialnena obrazie termicznym na przykład ściany z piaskowca, mimoże piaskowiec ma niską emisyjność (e » 0.67).

To, czy promieniowanie otoczenia jest odbite kierunkowo przywyraźnych konturach nie zależy zatem przede wszystkim odemisyjności, ale od struktury powierzchni.

Wysokie odbicie kierunkowe nie zawsze oznaczawysoki współczynnik odbicia.

Należy zawsze pamiętać o wpływie własnegopromieniowania podczerwonego.

Powierzchnie, na których niemożliwe jest wykrycie odbiciakierunkowego mogą mieć wysoki współczynnik odbicia.

Dokonaj pomiaru gładkich powierzchni pod różnymi kątami i zróżnych kierunków w celu określenia, które nieregularności wrozkładzie temperatury zależą od odbicia, a które możnaprzypisać mierzonemu przedmiotowi.

34

Wszelkie promieniowanie jest zawsze odbijane od powierzchnipod tym samym kątem, pod którym na nią pada. Oznacza to, żezawsze obowiązuje następująca zasada: kąt padania = kątodbicia. Widać to wyraźnie na Rysunki 2.3 w powiększonymprzekroju gładkiej połowy kawałka folii aluminiowej (po lewejstronie). Promieniowanie podczerwone osoby przeprowadza-jącej pomiar jest odbijane w tej samej formie, w jakiej pada napowierzchnię (odbicie kierunkowe). Oczywiście zasada, że kątpadania = kąt odbicia dotyczy także promieniowania podczer-wonego padającego na pogniecioną folię aluminiową (po prawejstronie). Tutaj jednakże promienie podczerwone padają naposzczególne obszary pod różnymi kątami względem siebie, anie na płaską powierzchnię. Podobnie jak w przypadku radiato-ra Lamberta, są one zatem odbijane w różnych kierunkach.Odbicie rozproszone oznacza, że nie jest możliwe dostrzeżeniekonturów źródeł odbitego promieniowania podczerwonego.Odbicia po całej pogniecionej stronie folii aluminiowej topołączenie promieniowania podczerwonego dwóch odbitychźródeł promieniowania (osoby przeprowadzającej pomiar oraztego, co znajduje się za tą osobą).

2.4 Optymalne warunki do pomiaru w podczerwieni

Przy pomiarze w podczerwieni szczególne ważne są stabilnewarunki otoczenia. Oznacza to, że klimat i przedmioty znajdującesię w środowisku pomiarowym, jak również wszelkie inne wpływy,nie powinny się zmieniać podczas pomiaru. Jest to jedyny sposób

35

na ocenę możliwych źródeł zakłóceń i udokumentowanie ich dlapóźniejszej analizy. W przypadku pomiarów na zewnętrz warunkipogodowe powinny być stabilne a niebo zachmurzone, tak abyosłonić mierzony przedmiot tak od światła słonecznego, jak i od"zimnego rozproszonego promieniowania niebieskiego". Należyzawsze pamiętać, że mierzone przedmioty mogą nagrzać się pod-czas wcześniejszego narażenia na działanie promienisłonecznych z racji swojej zdolności do magazynowania ciepła

Idealne warunki pomiarowe to:

Stabilne warunki pogodowe;

Zachmurzone niebo przed i podczas pomiaru (w przypadkupomiarów na zewnątrz);

Brak bezpośredniego światła słonecznego przed i podczaspomiaru;

Brak opadów;

Sucha powierzchnia mierzonego przedmiotu, bez ter-micznych źródeł zakłóceń (np. liście lub szczerby napowierzchni);

Brak wiatru lub przeciągu; Brak źródeł zakłóceń w środowisku pomiarowym lub na

ścieżce transmisji; Powierzchnia mierzonego przedmiotu ma wysoką

emisyjność, która jest dokładnie znana. W przypadku termografii budynków zalecana jest różnicaprzynajmniej 15 °C pomiędzy temperaturą wewnątrz i nazewnętrz.

36

2.5 Idealny obraz termicznyPodczas wykonywania obrazu termicznego należy zwrócić

uwagę w szczególności na dwie rzeczy: wybór właściwego obszaru, prawidłowe wyostrzenie obrazu termicznego na obszarze

ważnym dla pomiaru.Podobnie jak w przypadku normalnego zdjęcia, nie możnazmienić ani utrwalonego obszaru ani ostrości obrazu pozapisaniu obrazu termicznego. Aby otrzymać jak najlepszy obraz termiczny możliwe jest wprowadzenie następujących zmian w kamerze termowizyjnej i oprogramowaniu do analizy (np. Testo IRSoft).

Zmień ustawienia emisyjności i kompensacji temperatury odbitej (RTC). Można to także zrobić punkt-po-punkcie lub w sekcjach za pomocą profesjonalnego oprogramowania do analizy, takiego jak Testo IRSoft.

Rysunek 2.4: Regulacja skali temperatur

37

Wybierz odpowiednią paletę kolorów (np. żelazo, tęcza, itd.). W zależności od palety kolorów otrzymasz obraz o wysokim kontraście, łatwy w interpretacji.

Ręcznie ustaw skalę temperatur. W ten sposób możesz poprawić podział temperatur i kolorów na obrazie termicznym (por. Rys. 2.4).

38

Podczas wykonywania obrazu termicznego zastosuj się dopodanych poniżej wytycznych:

Uwzględnij, usuń lub osłoń wszelkie źródła zakłóceń. Powierzchnia mierzonego przedmiotu powinna być wolna od

optycznych i termicznych źródeł zakłóceń. Jeżeli to możliwe,zdejmij osłony i usuń przedmioty powodujące zakłóceniaśrodowiskowe.

Podczas pomiaru zmieniaj swoją pozycję w celu zidenty-fikowania ewentualnych odbić.Odbicia przesuwają się, właściwości termiczne mierzonegoprzedmiotu pozostają w tym samym miejscu, nawet przy zmia-nie kąta nachylenia.

Punkt pomiarowy nie powinien nigdy być większy niż mie-rzony przedmiot

Zachowaj możliwie najmniejszą odległość pomiarową. Używaj obiektywu odpowiedniego dla danego zadania pomia-

rowego. W celu uzyskania dokładnych pomiarów szczegółów zaleca

się użycie statywu. W celu prawidłowego określenia właściwości termicznych

konieczna jest znajomość kształtu mierzonego przedmiotu.

Użyj kamery termowizyjnej z wbudowanym aparatemcyfrowym, tak, aby móc wykorzystać zdjęcia podczaspóźniejszej analizy.

Zapamiętaj wszystkie warunki otoczenia oraz dokonaj ichpomiaru i dokumentacji w celu późniejszych analiz obrazówtermicznych.

39

3 Załącznik3.1 Słowniczek pojęć związanych z termografią AAbsorpcja Kiedy elektromagnetyczne promieniowanie podczerwone padana przedmiot, przedmiot ten absorbuje część tej energii.Absorpcja promieniowania podczerwonego oznacza, że przed-miot się nagrzewa. Cieplejsze przedmioty emitują więcejpromieniowania podczerwonego niż chłodne. Pochłoniętepromieniowanie podczerwone jest przetwarzane na emitowanepromieniowanie podczerwone (promieniujące z przedmiotu).Absorpcyjność odpowiada zatem emisyjności.Incydentalne promieniowanie podczerwone padające na przed-miot, które nie jest absorbowane, jest odbijane i/lub prze-puszczane (przenika).CCzęstotliwość odświeżaniaOkreślenie w Hertzach, jak często na sekundę odświeżany jestwyświetlany obraz (np. 9Hz / 33Hz / 60Hz). Częstotliwośćodświeżania wynosząca 9 Hz oznacza, że kamera termowizyj-na odświeża obraz termiczny dziewięć razy na sekundę.Ciało rzeczywistePor. "Ciało doskonale szare", str. 43.Ciało doskonale szarePraktycznie wszystkie naturalnie występujące przedmioty opisy-wane są jako "ciała doskonale szare" lub "prawdziwe radiatory".W odróżnieniu od ciał doskonale czarnych, ciała doskonale

40

szare nigdy nie pochłaniają całego incydentalnegopromieniowania podczerwonego. W przypadku ciał doskonaleszarych część promieniowania incydentalnego jest zawszeodbijana przez powierzchnię, a czasem nawet przepuszczania.Emisyjność ciała doskonale szarego jest zatem zawsze niższa.Ciało doskonale czarneUrządzenia do kalibrowania kamer termowizyjnych zwane sąciałami doskonale czarnymi. Ich emisyjność jednak jest nieconiższa niż jeden ( > 0,95).Ciała kolorowePrzedmiot o emisyjności niższej niż jeden, który jest zależny odtemperatury i waha się razem z nią. Większość metali to ciałakolorowe, i dlatego też emisyjność na przykład aluminium rośniewraz z podgrzewaniem ( = 0,02 przy 25 °C, = 0,03 przy 100°C).DDetektor Detektor odbiera promienie podczerwone i przetwarza je nasygnał elektryczny. Rozmiar detektora określony jest w pik-selach.EEmisyjność Pomiar zdolności materiału do emitowania (oddawania)promieniowania podczerwonego. Emisyjność różni się wzależności od właściwości podłoża, materiału oraz, w przypad-ku niektórych materiałów, także od temperatury przedmiotu.

41

GGorący punktPor. "Najchłodniejszy/najcieplejszy punkt obrazu termicznego",str. 39.IIzotermy Linie o tej samej temperaturze. Izotermy mogą być wyświetloneprzy użyciu oprogramowania analizującego (np. Testo IRSoft).W tym procesie wszystkie punkty na obrazie termicznych owartościach temperatury w określonym zakresie oznaczone sąkolorem.IFOVmeas (Measurement Field of View - Pomiarowy punktwidzenia)Oznaczenie najmniejszego przedmiotu, dla którego możliwejest dokładne zmierzenie temperatury za pomocą kamery ter-mowizyjnej. Jest on 2 do 3 razy większy niż najmniejszy identy-fikowalny przedmiot (IFOVgeo). Znajduje tu zastosowanienastępująca reguła: IFOVmeas 3 x IFOVgeo. IFOVmeasokreślany jest takżę jako punkt pomiarowy.IFOVgeo (Instantaneous Field of View - Chwilowy punktwidzenia)Rozdzielczość geometryczna (rozdzielczość przestrzenna).Pomiar zdolności detektora w połączeniu z obiektywem douwidaczniania szczegółów. Rozdzielczość geometryczna jestpodawana w miliradianach (mrad) i określa najmniejszy przed-

42

miot, który, w zależności od odległości pomiaru, może byćprzedstawiony na obrazie termicznym. Na obrazie termicznymrozmiar tego przedmiotu odpowiada jednemu pikselowi.Idealny radiatorPor. "Ciało doskonale czarne", str. 38.KKamera termowizyjnaKamera, która dokonuje pomiaru promieniowania podczer-wonego i przetwarza sygnał na obraz termiczny. Przy pomocykamery termowizyjnej możliwe jest pokazanie rozkładu temper-atur na powierzchniach, które nie są widoczne dla ludzkiegooka. Kamery termowizyjne znajdują typowe zastosowanie w ter-mografii budynków oraz w termografii przemysłowej i elek-trycznej.Kalibracja Procedura, podczas której odczyt urządzenia (wartości rzeczy-wiste) oraz odczyty urządzenia referencyjnego (wartości nomi-nalne) są określane i porównywane. Wynik daje wskazówkidotyczące tego, czy rzeczywiste odczyty urządzenia mieszcząsię w zakresie tolerancji/są dopuszczalne. Inaczej niż w przy-padku regulacji, odchylenie od rzeczywistego odczytu jestjedynie dokumentowane podczas kalibracji, a nie regulowane idopasowywane do odczytu nominalnego. Odstępy czasowemiędzy przeprowadzaniem kalibracji zależą od zadań pomi-arowych i wymogów.

43

Konwekcja Przekazywanie ciepła, podczas którego energia cieplnaprzenosi się z jednego ciała stałego, cieczy lub gazu do innegociała stałego, cieczy lub gazu w wyniku transportu cząsteczek.Kondensacja Przejście substancji ze stanu gazowego w stan ciekły. Wilgoć zpowietrza może kondensować (skraplać) się na powierzchni,jeżeli temperatura powierzchni, a co za tym idzie także po-wietrza przy powierzchni jest niższa niż temperatura otaczającego powietrza lub jeżeli jest w punkcie rosy.LLaserowe oznaczanie punktu pomiarowegoLaser pomaga w namierzeniu punktu na powierzchni pomiarowej(na przedmiocie widoczna jest czerwona kropka). Miejsceoznaczenia laserem oraz środek obrazu nie są do końcatożsame, jako że leżą one na różnych osiach optycznych. Krop-ka laserowa nie jest zatem odpowiednia do oznaczania dokład-nych żądanych położeń na wyświetlaczu za pomocą punktówprzecięcia linii. Służy on tylko jako element nakierowujący.Uwaga:Laser klasy 2. Nie wolno nakierowywać lasera na osoby,zwierzęta, ani spoglądać w źródło promienia. Może to uszko-dzić wzrok!

44

NNETD (Noise Equivalent Temperature Difference - Różnica tem-peratury równoważna szumowi)Kluczowa liczba określająca najmniejszą możliwą różnicę tem-peratur, która może być wyświetlona przez kamerę. Im mniejszawartość, tym lepsza rozdzielczość pomiarowa kamery remo-wizyjnej. Najchłodniejszy/najcieplejszy punkt obrazu termicznegoNajchłodniejszy punkt obszaru przedstawionego na obrazie ter-micznym nazywany jest "zimnym punktem", najcieplejszy "gorą-cym punktem". Dzięki funkcji "Rozpoznawania najcieple-jszego/najchłodniejszego punktu na obrazie termicznym" możli-we jest wyświetlenie tych dwóch punktów bezpośrednio naobrazie termicznym na wyświetlaczu kamery.Funkcja ta dostępna jest także w wielu oprogramowaniach doanalizy, np. Testo IRSoft 2.0. Dzięki temu oprogramowaniumożliwe jest wyświetlenie tych dwóch punktów dla dowolnegoobszaru obrazu termicznego, który ma być zdefiniowany.OObraz termicznyObraz, który pokazuje rozdział temperatury na powierzchniprzedmiotów za pomocą różnych kolorów dla różnych wartościtemperatury. Obrazy termiczne tworzone są przez kamery ter-mowizyjne.

45

Obiektywy Wielkość pola widzenia kamery termowizyjnej, a co za tym idzierozmiar punktu pomiarowego zmieniają się w zależności odużytego obiektywu. Obiektyw szerokokątny (np. 32° standar-dowy obiektyw w testo 880) jest odpowiedni do wyświetleniarozkładu temperatury na większej powierzchni. Teleobiektyw(np. teleobiektyw Testo 9°) jest przeznaczony do dokładnychpomiarów mniejszych szczegółów, nawet z większej odległości.Okres wyrównywaniaCzas potrzebny na to, by kamera dopasowała się do tempe-ratury otoczenia w danym miejscu. Detektory stabilizowanetakie jak ten w kamerze termowizyjnej testo 880 posiadająwzględnie krótki okres wyrównywania.PPomiar dwupunktowy Pomiar dwupunktowy charakteryzuje się dwoma punktami prze-cięcia linii pomocniczych na wyświetlaczu kamery, z którychmogą być odczytane osobne temperatury.Punkt pomiarowyPor. "IFOVmeas", str. 44.Pole widzenia (FOV)Pole widzenia kamery termowizyjnej. Jest ono określone jakokąt (np. 32°) i definiuje obszar, który może być widziany zapomocą kamery termowizyjnej. Pole widzenia zależy od dete-ktora w kamerze termowizyjnej oraz od używanego obiektywu.Obiektywy szerokokątne mają duże pole widzenia dla tegosamego detektora, dla którego teleobiektywy (np. teleobiektywTesto 9°) mają dużo mniejsze pole widzenia.

46

Punkt rosy/temperatura punktu rosyTemperatura skraplania wody. Przy temperaturze punku rosypowietrze jest nasycone ponad 100% pary wodnej. Gdy powie-trze nie może wchłonąć więcej wody, tworzy się kondensat.Przewodzenie Przewodzenie ciepła. Przesyłanie energii cieplnej międzydwoma sąsiadującymi cząsteczkami. Energia jest zawszeprzekazywana od cząsteczki cieplejszej do chłodniejszej. Wodróżnieniu od konwekcji w przewodzeniu nie następuje trans-portowanie cząsteczek.Paleta kolorówWybór kolorów obrazu termicznego w kamerze (np. paletakolorów "tęcza", "żelazo", "skala szarości"). Kontrast obrazu ter-micznego może zostać pokazany z różną jakością w zależnoś-ci od zadania pomiarowego oraz wybranej palety kolorów. Pale-ta kolorów może także zostać wybrana indywidualnie przy uży-ciu oprogramowania do analizy (np. Testo IRSoft) po zapisaniuobrazu termicznego. Podczas wybierania palety kolorów należywziąć pod uwagę łatwość interpretacji obrazu termicznego.Czerwony i żółty są intuicyjnie kojarzone przez oglądającego zciepłem, zielony i niebieski z chłodem.Promieniowanie podczerwonePromieniowanie podczerwone to elektromagnetycznepromieniowanie cieplne. Każdy przedmiot o temperaturzepowyżej zera absolutnego (0 Kelvinów = -273,15 °C) emitujepromienie podczerwone. Promieniowanie podczerwone obej-muje cały zakres długości fal od 0,75µm do około 1000µm (= 1

47

mm) i dlatego też graniczy z zakresem długości fal światła (0.38do 0.75µm). Kamery termowizyjne często dokonują pomiarudługich fal promieniowania podczerwonego w zakresie od 8µmdo 14µm (jak na przykład testo 880), jako że atmosfera w tymzakresie długości fal jest doskonale przepuszczalna dlapromieniowania podczerwonego.RRTC - Kompensacja temperatury odbitej)W przypadku ciał rzeczywistych część promieniowaniacieplnego jest odbijana. Odbita temperatura musi być wziętapod uwagę podczas pomiaru przedmiotów o niskiej emisyj-ności. Dzięki czynnikowi równoważącemu w kamerze odbiciezostaje wliczone, dzięki czemu poprawiona zostaje dokładnośćpomiaru. Ma to na ogół miejsce poprzez ręczne wprowadzeniedanych do kamery i/lub przez oprogramowanie. W większościprzypadków temperatura odbita jest identyczna jak temperaturaotoczenia. Jeżeli promieniowanie podczerwone ze źródełzakłóceń jest odbijane od powierzchni mierzonego przedmiotu,należy określić temperaturę odbitego promieniowania (np. przypomocy termometru kulistego lub radiatora Lamberta). Odbitatemperatura ma bardzo niewielki wpływ na przedmioty o bardzowysokiej emisyjności.Radiator LambertaRadiator Lamberta to przedmiot, który odbija incydentalnepromieniowanie przy optymalnym rozproszeniu, innymi słowypromieniowanie incydentalne jest rozpraszane równo wewszystkich kierunkach. Temperatura promieniowania odbitego

48

może zostać zmierzona na radiatorze Lamberta przy pomocykamery termowizyjnej.SStopnie Kelvina [K]Jednostka temperatury. 0 K odpowiada zeru absolutnemu(-273.15 °C). Przy przeliczaniu stosuje się następujący wzór:273.15 K = 0 °C = 32 °F. K = °C + 273.15. Na przykłąd 20 °C wK: 20 °C + 273.15 = 293.15 K.Stopnie Fahrenheita [°F]Jednostka temperatury używana głównie w Ameryce Północnej.°F = (°C x 1.8) + 32. Przykładowo: 20 °C w °F: (20 °C x 1.8) + 32 = 68 °F.Stopnie Celsjusza [°C]Jednostka temperatury. Przy normalnym ciśnieniu punkt zerowyna skali temperatury Celsjusza (0 °C) to temperatura zamarza-nia wody. Innym ustalonym punktem skali Celsjusza jest punktwrzenia wody przy 100 °C. °C = (°F-32)/1,8 lub °C = K - 273,15.TTransmisja (T)Pomiar właściwości materiału, która pozwala na przenikanieprzezeń promieniowania podczerwonego. Zależy ona odgrubości i rodzaju materiału. Większość materiałów nie jestprzenikalna dla długich fal promieniowania podczerwonego.Termogram Por. "Obraz termiczny", str. 48.Termografia Proces tworzenia obrazów przy użyciu technologii pomiarowej,

49

który wizualizuje promieniowanie cieplne lub rozkład temperaturna powierzchniach przedmiotów za pomocą kamery termowi-zyjnej.Temperatura Zmienna stanowiąca miarę energii w ciele.WWilgotność względna (%RH)Określenie w procentach jak mocno powietrze jest nasyconeparą wodną. Na przykład przy 33%RH powietrze zawiera tylkookoło 1/3 maksymalnej ilości pary wodnej, jaką mogłobywchłonąć przy tej samej temperaturze i ciśnieniu powietrza.Przy wilgotności powietrza przekraczającej 100% zaczyna sięskraplanie, jako że powietrze jest w pełni nasycone wodą i niemoże przyjąć więcej wilgoci. Gazowa para wodna w powietrzuzamienia się w płyn. Im gorętsze powietrze, tym więcej parymoże zostać wchłonięte bez pojawienia się skraplania. Skra-planie (kondensacja) następuje zawsze wcześniej na zimnychpowierzchniach.Współczynnik odbicia (ρ)Zdolność materiału do odbijania promieniowania podczer-wonego. Współczynnik odbicia zależy od właściwościpowierzchni, temperatury oraz typu materiału.Z

Zero absolutne

Zero absolutne to -273.15 °C (0 Kelvinów = -459.69 °F). Żadne

ciało nie wytwarza energii cieplnej poniżej zera absolutnego,

co oznacza, że nie emitują one żadnego promieniowania pod-

czerwonego.

50

3.2 Tabela emisyjności

Poniższa tabela stanowi wytyczną do regulacji emisyjności pod-czas pomiaru w podczerwieni. Podano w niej emisyjność e

niektórych bardziej popularnych materiałów. Jako żeemisyjność zmienia się wraz z temperaturą oraz właściwościa-mi powierzchni, wartości podane poniżej powinny być uważanejedynie za wytyczne do pomiaru warunków temperaturowychlub różnic. W celu obliczenia wartości temperatury absolutnej,konieczne jest określenie dokładnej emisyjności materiału.

Materiał (temperatura materiału) Emisyjność

Aluminium, jasne platerowane (170 °C) 0.04Aluminium, nieoksydowane (25 °C) 0.02Aluminium, nieoksydowane (100 °C) 0.03Aluminium, mocno oksydowane (93 °C) 0.20Aluminium, mocno wypolerowane (100 °C) 0.09

Bawełna (20 °C) 0.77Beton (25 °C) 0.93Ołów chropowaty (40 °C) 0.43Ołów, oksydowany (40 °C) 0.43Ołów, oksydowany szary (40 °C) 0.28

Chrom (40 °C) 0.08Chrom, polerowany (150 °C) 0.06

Lód, gładki (0 °C) 0.97Żelazo,papierem szmerglowym(20 °C) 0.24Żelazo z odlewną powierzchnią (100 °C) 0.80Żelazo z platerowaną powierzchnią (20 °C)0.77

Gips (20 °C) 0.90Szkło (90 °C) 0.94Granit (20 °C) 0.45

51

Materiał (temperatura materiału) Emisyjność

Guma, twarda (23 °C) 0.94Guma, miękka szara (23 °C) 0.89Odlewane żelazo, oksydowane (200 °C) 0.64Drewno (70 °C) 0.94Korek (20 °C) 0.70Radiator, czarny, anodowany (50 °C) 0.98Miedź z lekkim nalotem (20 °C) 0.04Miedź, oksydowana (130 °C) 0.76Miedź, polerowana (40 °C) 0.03Miedź, platerowana (40 °C) 0.64Plastiki: PE, PP, PVC (20 °C) 0.94Farba, niebieska na folii aluminiowej (40 °C)0.78Farba, czarna, matowa (80 °C) 0.97Farb, żółta, 2 warstwy na folii aluminiowej (40 °C) 0.79Farba, biała (90 °C) 0.95Marmur, biały (40 °C) 0.95Beton (40 °C) 0.93Mosiądz, oksydowany (200 °C) 0.61Farby olejne (wszystkie kolory) (90 °C) 0.92 to 0.96Papier (20 °C) 0.97Porcelana (20 °C) 0.92Piaskowiec (40 °C) 0.67Stal, powierzchnia hartowana (200 °C) 0.52Stal, oksydowana (200 °C) 0.79Stal, platerowana na zimno (93 °C) 0.75 to 0.85Glina, wypalana (70 °C) 0.91Farba odporna na olej transfor. (70 °C) 0.94Cegła, zaprawa murarska, cynk (20 °C) 0.93Cynk, oksydowany 0.1

52

3.3 Testo poleca

Kalibrowanie kamery termowizyjnejTesto zaleca regularne przeprowadzanie kalibracji kamery termowizyjnej. Odstępy czasu pomiędzy kalibracjami zależą odzadań pomiarowych oraz wymogów. Więcej informacji na tematkalibrowania kamery termowizyjnej można znaleźć nawww.testo.com.plKursy doszkalające w termografiiZawsze w czołówce wiedzy: to jedno z najważniejszych wyma-gań umożliwiających sprostanie skomplikowanych i złożonychzadań pomiarowych oraz rosnących wymogów dotyczącychjakości. Dlatego też Testo oferuje kursy doszkalające wdziedzinie termografii w szerokiej gamie zastosowań.

Więcej informacji na stronie:www.testo.com.pl

53

Notatki:

54

Notatki:

A przy okazji - czy wiesz?Dzięki zdolności postrzegania promieniowania cieplnego grzechotnikinieustannie widzą zwierzynę łowną, jak również wrogów, nawet wciemności. Grzechotniki, będące podgatunkiem żmij, są w staniedostrzec bardzo szybko najmniejsze różnice temperatury wynoszące zaledwie 0,0003 °C. Jest to możliwe dzięki bardzo wrażliwemu „organowi grzechotnika”. Ten organ zmysłu pozwala grzechotnikom na widzenie obrazów bardzo podobnych do tych, które otrzymujemy w nowoczesnych kamerach termowizyjnych…

Testo Sp. z o.o.ul. Czereśniowa 13002-456 Warszawawww: www.testo.com.ple-mail: testo@testo.com.pltel. (022) 863 74 01

(022) 863 74 22fax (022) 863 74 15 09

81 7

324/

san/

R/Q

/02.

2009