Russian

Происхождение и устранение проблем инфракрасной термографии на отражающих поверхностях

1 февраль 2021 | Тепловидение

Существует множество видов теплопередачи, однако когда речь идет о термографии, самым важным типом теплопередачи является излучение. Излучение — это способ передачи энергии от целевой поверхности на инфракрасную камеру, также известную как тепловизор. Изображение, отображаемое на термограмме, почти полностью зависит от количества изучения, испускаемого или отраженного поверхностью. В любой отрасли — от строительства до аэрокосмической промышленности, медицины и производства — существуют проблемы, связанные с излучательной и отражательной способностью ИК-термографии.

Искажение ИК-термографии, вызванное отражающими поверхностями

Эти тепловые изображения получены с двух различных углов скульптуры из нержавеющей стали, расположенной на улице города. Глядя на скульптуру невооруженным глазом, можно предположить, что ее температура везде одинаковая — такая же или близкая к температуре воздуха на улице. Однако тепловые изображения говорят, что это не так.

Отражающие поверхности — это неэффективные излучатели

Наличие отражения очевидно, но по мере изменения положения отражаемые объекты обычно меняются. И, как показано на изображениях выше, видимая температура на скульптуре меняется. На этих изображениях можно распознать холодные области, отражающие чистое небо, и теплые области, отражающие здания вокруг и человека, делающего снимок. На самом деле, эти отражения являются «тепловым обманом», поскольку отражающие поверхности являются неэффективными излучателями.

Получение истинной температуры

В большинстве случаев отличить отражаемое излучение от испускаемого достаточно просто, поскольку отражаемое излучение, подобно зеркалу, перемещается, когда мы перемещаемся относительно поверхности.

При измерении радиометрических температур мы только количественно измеряем излучение, создающее тепловое изображение. Как же перейти от количественного измерения излучения к измерению фактической температуры исследуемого объекта?

Тепловизоры калибруются таким образом, чтобы соотносить температуру с определенным уровнем интенсивности излучения. При идеальном излучении поверхности можно легко узнать ее температуру на основе количества излучения. Чем выше температура, тем больше излучение. К сожалению, поверхностей с идеальным излучением не существует.

Излучательная и отражательная способность поверхности

Непрозрачные поверхности создают сочетание испускаемого и отраженного излучения. Поскольку отраженное излучение не связано с температурой поверхности, необходимо сообщить тепловизору о том, что эту часть излучения нужно игнорировать. Для этого используется поправка на излучательную способность (E). Отражение (R) равно 1 минус E. Кроме того, необходимо скорректировать отражаемую температуру. Благодаря этим двум поправкам процессор тепловизора может обеспечить точную радиометрическую температуру.

В двух случаях такие поправки не обеспечивают необходимой точности:

  1. Коэффициент излучения измеряемой поверхности составляет менее 0,6.
  2. Отраженная температура значительно отличается от температуры поверхности.

Это ограничение действительно для всех систем тепловидения. Это означает, что точно измерить температуру большинства оголенных металлов невозможно. Однако существует небольшая хитрость.

Повышение точности термографии на отражающих поверхностях

Если вы хотите получить очень точные показания при измерении температуры на поверхностях с низкой излучательной способностью (сильноотражающих поверхностях), можно наклеить на поверхность небольшой кусок изоляционной ленты, соблюдая соответствующие правила техники безопасности. Установите коэффициент излучения на тепловизоре на значение 0,95, а значение поправки на фон — на значение температуры, которая отражалась бы, если бы лента была зеркалом. Это позволит достичь точности измерения с погрешностью ±2 °C или 2 %.

Для приобретения опыта в настройке поправок можно поэкспериментировать в офисе или на кухне. Расскажите о своих успехах или задайте интересующие вас вопросы в разделе комментариев.

Повышение точности термографии на отражающих поверхностях с помощью изоляционной ленты

Нанесение куска изоляционной ленты на холодное стекло (слева) или на теплый лист стали (справа) с переменным окислением позволяет термографисту всегда делать точные измерения радиометрической температуры. Обратите внимание, что оба материала обладают достаточно высокой отражательной способностью. В обоих случаях коэффициент излучения устанавливается на значение ленты (0,95) с соответствующим значением поправки на фон.

Материалы на схожую тему