Polski

Zrozumienie i rozwiązywanie problemów termograficznych na powierzchniach odbijających promieniowanie

24 Czerwiec 2021 | Termografia

Mimo że istnieje wiele rodzajów przekazywania ciepła, promieniowanie jest najważniejszym rodzajem w odniesieniu do termografii. Promieniowanie to tryb, w którym energia jest przekazywana z powierzchni docelowej do kamery termowizyjnej (nazywanej także termowizorem lub kamerą podczerwieni). Zawartość widoczna na obrazie termowizyjnym jest prawie w całości oparta na ilości promieniowania emitowanego lub odbijanego przez powierzchnię. Bez względu na zastosowanie — od budynków po lotnictwo, medycynę i przemysł — wszędzie występują problemy z emisyjnością i refleksyjnością w termografii.

Zniekształcenia termograficzne spowodowane przez powierzchnie odbijające promieniowanie

Te obrazy termowizyjne rzeźby ze stali nierdzewnej znajdującej się na ulicy zostały wykonane pod dwoma różnymi kątami. Patrząc na rzeźbę gołym okiem, prawdopodobnie założylibyśmy, że cały obiekt musi mieć jednakową temperaturę — taką samą lub zbliżoną do temperatury otaczającego powietrza. Jednak obrazy termowizyjne pokazują co innego.

Powierzchnie odbijające to nieefektywne emitery

Obecność odbić jest oczywista, ale gdy zmieniamy naszą pozycję, odbijane obiekty zazwyczaj się zmieniają. Jak widać na powyższych obrazach, temperatura pozorna, którą widzimy na rzeźbie, zmienia się. Na tych obrazach znajdujemy zimne obszary, które odbijają czyste niebo, oraz cieplejsze obszary, które odbijają otaczające budynki lub nawet nas samych. Odbicia są w rzeczywistości „przekłamaniami termicznymi”, ponieważ prawda o powierzchniach odbijających jest taka, że są one nieefektywnymi emiterami.

Uzyskanie temperatury rzeczywistej

W większości przypadków dość łatwo jest odróżnić promieniowanie odbite od promieniowania emitowanego, ponieważ, podobnie jak w przypadku lustra, promieniowanie odbite porusza się, gdy poruszamy się względem powierzchni.

Podczas pomiaru temperatur radiometrycznych dokonujemy jedynie ilościowego określenia promieniowania, które tworzy obraz termowizyjny. Jak więc przejść od ilościowego określenia promieniowania do pomiaru rzeczywistej temperatury badanego obiektu?

Kamery termowizyjne są kalibrowane w celu skorelowania temperatury z pewnym poziomem natężenia promieniowania. Gdyby powierzchnia emitowała promieniowanie idealnie, moglibyśmy łatwo poznać jej temperaturę na podstawie ilości emitowanego promieniowania. Im wyższa temperatura, tym silniej obiekt promieniuje. Niestety, żadna powierzchnia nie emituje promieniowania idealnie.

Emisyjność kontra refleksyjność powierzchni

Matowe (nieprzezroczyste) powierzchnie wytwarzają kombinację promieniowania emitowanego i odbitego. Ponieważ promieniowanie odbite nie jest związane z temperaturą powierzchni, musimy powiedzieć kamerze, aby zignorowała tę część tego, co widzi. W tym celu należy skorygować emisyjność (E). Odbicie (R) wynosi 1 minus E. Należy również skorygować temperaturę odbitą. Dzięki tym dwóm korektom procesor kamery może ustalić dokładną temperaturę radiometryczną.

Istnieją dwie sytuacje, w których ta korekta nie jest tak dokładna, jak byśmy chcieli, na przykład:

  1. Mierzona powierzchnia ma emisyjność mniejszą niż 0,6.
  2. Temperatura odbita bardzo różni się od temperatury powierzchni.

To ograniczenie dotyczy wszystkich systemów termowizyjnych. Oznacza to, że nie można dokładnie zmierzyć temperatury większości odsłoniętych metali. Istnieje jednak obejście.

Zwiększenie dokładności termografii na powierzchniach odbijających promieniowanie

Jeśli potrzebna jest wysoka dokładność pomiaru temperatury na powierzchniach o niskiej emisyjności (silnie odbijających), możesz mocno przykleić na powierzchnię mały kawałek taśmy elektroizolacyjnej (przestrzegając odpowiednich zasad bezpieczeństwa). Następnie ustaw emisyjność w kamerze termowizyjnej na 0,95, a korekcję tła na temperaturę, która byłaby odbijana, gdyby taśma była lustrem. Po wykonaniu tej procedury można osiągnąć dokładność pomiaru wynoszącą +/–2°C lub 2%.

Aby uzyskać odpowiednią pewność siebie i otrzymywanych w ten sposób wyników, wykonaj kilka prostych eksperymentów w swoim biurze lub kuchni, aż stosowanie korekt nie będzie stanowić dla Ciebie problemu. Daj nam znać, jak Ci idzie, lub wyślij nam swoje pytania w sekcji komentarzy.

Zwiększenie dokładności termografii na odbijających powierzchniach przy użyciu taśmy elektroizolacyjnej

Przyklejenie kawałka taśmy elektroizolacyjnej na zimną szybę okienną (po lewej) lub ciepłą blachę stalową (po prawej) o zróżnicowanym poziomie utlenienia umożliwia konsekwentne uzyskiwanie dokładnych, radiometrycznych pomiarów temperatury. Pamiętaj, że obydwa materiały są dość odblaskowe. W obu przypadkach emisyjność jest ustawiana na wartość dla taśmy (0,95) z odpowiednią wartością korekty tła.