Dutch

Problemen met infraroodthermografie op reflecterende oppervlakken begrijpen en oplossen

1 Feb 2021 | Warmtebeeldtechniek

Hoewel er veel soorten warmteoverdracht zijn, is straling het belangrijkste type met betrekking tot thermografie. Straling is de modus waarmee energie van het doeloppervlak wordt overgebracht naar een infraroodcamera (ook wel warmtebeeldcamera genoemd). De inhoud die zichtbaar is in een warmtebeeld is bijna volledig gebaseerd op de hoeveelheid straling die wordt uitgezonden of gereflecteerd door het desbetreffende oppervlak. Ongeacht de toepassing - van gebouwen via de lucht- en ruimtevaart tot medische toepassingen, zij zorgen allemaal voor problemen met de emissiviteit en reflectiviteit bij infraroodthermografie.

Vervorming bij infraroodthermografie veroorzaakt door reflecterende oppervlakken

Deze warmtebeelden zijn vanuit twee verschillende hoeken van een roestvrijstalen sculptuur buiten in een stedelijke straat gemaakt. Als we er met onze blote ogen naar kijken, zouden we er waarschijnlijk van uitgaan dat het object helemaal dezelfde temperatuur moet hebben, gelijk aan of dicht bij de temperatuur van de omgevingslucht. De warmtebeelden vertellen echter een ander verhaal.

Reflecterende oppervlakken zijn inefficiënte uitstralers

De aanwezigheid van reflecties is duidelijk, maar als we onze positie verplaatsen, veranderen de objecten die worden gereflecteerd gewoonlijk. En zoals in de afbeeldingen hierboven te zien is, verandert de schijnbare temperatuur die we op de sculptuur zien. In deze afbeeldingen kunnen we de koude gebieden herkennen als een weerspiegeling van de heldere lucht en de warmere als die van omringende gebouwen of zelfs van onszelf. De reflecties zijn eigenlijk "thermische leugens", omdat de waarheid over reflecterende oppervlakken is dat ze inefficiënte uitstralers zijn.

De werkelijke temperatuur meten

Meestal is het vrij eenvoudig om gereflecteerde straling te onderscheiden van uitgezonden straling omdat, net als bij een spiegel, gereflecteerde straling beweegt wanneer wij ten opzichte van het oppervlak bewegen.

Wanneer we radiometrische temperaturen meten, kwantificeren we alleen de straling die het warmtebeeld produceert. Dus hoe komen we van het kwantificeren van de straling tot het meten van de werkelijke temperatuur van het object dat we inspecteren?

Warmtebeeldcamera's zijn gekalibreerd om een temperatuur te correleren met een bepaald stralingsintensiteitsniveau. Als een oppervlak perfect uitstraalt, zouden we de temperatuur eenvoudig kunnen bepalen op basis van de hoeveelheid straling die wordt uitgestraald. Hoe heter, hoe meer uitstraling. Helaas is er geen oppervlak dat perfect uitstraalt.

Emissiviteit van het oppervlak versus reflectiviteit

Ondoorzichtige (niet-transparante) oppervlakken produceren een combinatie van uitgezonden en gereflecteerde straling. Omdat de gereflecteerde straling niet gerelateerd is aan de oppervlaktetemperatuur, moeten we de warmtebeeldcamera vertellen om dat deel van wat hij ziet te negeren. Om dit te doen, corrigeren we de emissiviteit (E). Reflectie (R) is gelijk aan 1 min E. We moeten ook de temperatuur corrigeren die wordt gereflecteerd. Met deze twee correcties kan de processor van de warmtebeeldcamera een nauwkeurige radiometrische temperatuur leveren.

Er zijn twee situaties waarin deze correctie niet zo nauwkeurig is als we willen:

  1. Het te meten oppervlak heeft een emissiegraad van minder dan 0,6.
  2. De gereflecteerde temperatuur is extreem anders dan de oppervlaktetemperatuur

Deze beperking is van toepassing op alle warmtebeeldsystemen. Dit betekent dat u de temperatuur van de meeste blootliggende metalen niet nauwkeurig kunt meten. Maar er is een tijdelijke oplossing.

De nauwkeurigheid van de thermografie op reflecterende oppervlakken verhogen

Als u een hoge nauwkeurigheid nodig hebt bij het meten van temperatuur op oppervlakken met een lage emissiegraad (sterk reflecterend), kunt u een klein stukje isolatietape stevig op het oppervlak aanbrengen (volgens de juiste veiligheidsprocedures). Stel de emissiegraad op de warmtebeeldcamera in op 0,95 en stel de achtergrondcorrectie in op de temperatuur van wat er zou worden gereflecteerd als de tape een spiegel zou zijn. Na deze procedure moet u een meetnauwkeurigheid van +/–2 °C of 2% van de meting kunnen bereiken.

Probeer enkele eenvoudige experimenten op kantoor of in de keuken om uw zelfvertrouwen te vergroten, totdat u er zeker van bent dat u de correcties kunt doorvoeren. Laat ons weten hoe het gaat of stuur ons uw vragen in het gedeelte voor opmerkingen.

De nauwkeurigheid van thermografie op reflecterende oppervlakken verhogen met behulp van isolatietape

Door een stuk isolatietape aan te brengen op een koude ruit (links) of een warme staalplaat (rechts) met variabele oxidatie kan een thermograaf consequent nauwkeurige radiometrische temperatuurmetingen uitvoeren. Merk op dat beide materialen vrij reflecterend zijn. In beide gevallen wordt de emissiegraad ingesteld voor de waarde van de tape (0,95) met een geschikte correctiewaarde voor de gereflecteerde achtergrond.

Gerelateerde bronnen