Testo Academy: Termografie v praxi – 1. část

Termografie je metoda pro měření povrchové teploty, která je založená na zachycování infračerveného, pro lidské oko neviditelného, záření. Při bezdotykovém měření teploty může mít na výsledek měření, vedle specifických vlivů materiálů a povrchů, vliv také složení dráhy přenosu mezi měřených objektem a přístrojem.

MĚŘENÝ OBJEKT

1. Materiál a emisivita

Povrch každého materiálu má svou specifickou emisivitu, která je měřítkem kolik materiál vydává infračerveného záření, a to

• odrazem,
• vyzařováním (ze samotného objektu).

2. Barva

Při měření teploty termokamerou nemá barva mate­riálu žádný výraznější vliv na z měřeného objektu vycházející infračervené záření.

Tmavé povrchy absorbují více krátkovlnného infračerveného záření než světlé povrchy a ohřívají se proto rychleji. Vysílané infračervené záření závisí totiž na teplotě a ne na barvě povrchu měřeného objektu. Např. černé, lakované těleso vyzařuje stejné množství dlouhovlnného infračerveného záření, jako bílé, lakované těleso o stejné teplotě.

3. Povrch měřeného objektu

Rozhodnou roli při měření teploty termokamerou hraje povrch. Neboť každá struktura povrchu, znečištění nebo nanesený povrch mění emisivitu tělesa.

Struktura povrchu

Hladký, lesklý, zrcadlový a/nebo leštěný povrch má zpravidla o něco nižší emisivitu než matný, strukturovaný, hrubý, zkorodovaný a/nebo poškrábaný povrch stejného materiálu. U velice hladkých ploch často dochází k zrcadlové reflexi.

Zrcadlová reflexe
Viditelný odraz na povrchu je často ukazatelem silně odrazného povrchu, tudíž povrchu s nízkou emisivitou. Přesto neznamená silně zrcadlící vždy také stejně silně reflexní. Např. je možné na teplotním snímku lakované plochy odražené okolní záření (např. silueta osoby, provádějící měření), neboť má lak zpravidla vysokou emisivitu (e » 0,95). Odražené objekty ale není možné vidět např. na teplotním snímku pískovcové stěny, přestože pískovec má nízkou emisivitu ((e » 0,67).
Jestli se na snímku objeví nebo neobjeví obrysy okolního záření, nezávisí primárně na emisivitě, nýbrž na struktuře povrchu.

Vlhkost, sníh a námraza na povrchu

Voda, sníh a námraza mají relativně vysokou emisivitu (cca 0,85 < e < 0,96), proto je v tomto případě měření obecně neproblematické. Ovšem je potřeba dát pozor na to, že teplota měřeného objektu může být takovým přirozeným povrchem zkreslena. Neboť vlhkost při vypařování ochlazuje měřený povrch a sníh má dobré izolační vlastnosti. Námraza netvoří celistvý měřený povrch, proto musíte při měření zohlednit emisivitu námrazy i pod ní ležícího povrchu.

Znečištění a cizí tělesa na povrchu

Znečištění na povrchu měřeného objektu, jako např. prach, saze nebo mazivo, zvyšuje zpravidla emisivitu povrchu. Z toho důvodu je měření znečištěného objektu zpravidla bez problémů. Vaše termokamera měří přesto vždy teplotou povrchu, tudíž teplotu znečištění, a ne přesnou teplotu povrchu pod ním ležícího tělesa.

OKOLÍ MĚŘENÉHO TĚLESA

1. Teplota okolí

Aby mohla termokamera správně dopočítat teplotu měřeného povrchu, je potřeba vedle nastavení emisivity (e) dát pozor také na odraženou teplotu (RTC). V mnoha případech měření odpovídá odražená teplota teplotě okolí. Teplotu okolí je možné změřit prostorovým teploměrem.

Přesné nastavení emisivity je zvláště důležité při vysokém rozdílu teploty měřeného tělesa a teploty okolí.

Lambertův zářič
Lambertův zářič je objekt, který ideálně rozptýlí dopadající záření, tedy je odrazí stejně silné do všech směrů. Na Lambertově zářiči můžete pomocí termokamery změřit teplotu odraženého záření. K tomuto účelu je, jako náhrada Lambertova zářiče, vhodná zmačkaná a znovu roztažená hliníková fólie. Fólie má vysokou reflexi a díky zmačkané struktuře se záření odráží způsobem blízkým k ideální difuzi.

2. Záření

Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula (0 Kelvinů = –273,15 °C) vysílá infračervené záření. Především objekty, které mají teplotu výrazně odlišnou od měřeného objektu, mohou infračervené záře­ní rušit svým vlastním vyzařováním. Takové zdroje ­rušení je potřeba, pokud je to možné, odstranit nebo vypnout. Odstíněním zdrojů rušení (např. plátnem nebo kartonem) redukujete jejich negativní vliv na měření. Pokud se nedá zdroj rušení odstranit, neodpovídá odražené teplota teplotě okolí. Pro měření odraženého záření doporučujeme například Lambertův zářič ve spojení s termokamerou.

Zvláštnosti termografie ve venkovním prostředí

Infračervené záření, které vychází z oblohy, se hovorově nazývá „chladným zářením nebe“. Pokud je čisté nebe, je odráženo „chladné záření nebe“ (~ –50 … –60 °C) a tepelné záření slunce (~ 5500 °C). Nebe převyšuje svou plochou slunce, proto odražená teplota při ­termografickém měření ve venkovním prostředí leží v případě slunečného dne většinou níže než 0 °C. Kvůli absorpci slunečního záření se objekty na slunci ohřívají. To závažně ovlivňuje povrchovou teplotu – částečně ještě několik hodin po skončení přímého slunečního ozáření.

Příklad reflexe při měření venku

Na obrázku je patrné, že dešťový okap je na snímku rozložení teploty chladnější než stěna domu. Obě tělesa však mají přibližně stejnou teplotu. Snímek je nutné také správně interpretovat.

Řekněme, že povrch okapu je zinkovaný a má velice nízkou emisivitu (e = 0,1). Pouze 10 % z okapu vycházejícího dlouhovlnného infračerveného záření je vyzářeno, zbylých 90 % je odražené záření okolí. Pokud je čisté nebe, odráží se „chladné záření nebe“ (~ –50 … –60 °C) na okapu. Termokamera je nastavena na správné měření stěny domu e = 0,95 a RTC = –55 °C. Kvůli výrazně nízké emisivitě a velice silné reflexe se dešťový okap jeví na snímku velice studeně. Pro správné zobrazení obou teplot na teplotním snímku je možné emisivitu některých ploch později upravit pomocí analyzačního programu (např. pomocí Testo IRSoft). Doporučujeme použití Lambertova zářiče pro správné určení RTC.

3. Počasí

Zataženo

Pro infračervené měření ve venkovním prostředí nabízí oblačná obloha ideální podmínky, neboť mraky odstíní „chladné záření nebe“ od měřeného objektu.

Srážky

Silné srážky (déšť, sníh) mohou silně ovlivnit výsledek měření. Voda, led a sníh mají vysokou emisivitu a jsou neprostupné pro infračervené záření. Navíc měření mokrých objektů může vést k chybě měření, neboť se povrch měřeného tělesa ochlazuje odpařováním.

4. Vzduch

Vlhkost vzduchu

Relativní vlhkost vzduchu v okolí měřeného tělesa by měla být dostatečně nízká, aby nedocházelo ke kondenzaci ve vzduchu (mlha), na měřeném objektu, na ochranném skle nebo na čočce termokamery. Pokud je čočka (příp. ochranné sklo) zamlženo, nedostane se část infračerveného záření do termokamery. Velice hustá mlha může měření ovlivnit, neboť kapičky vody ve vzduchu propustí méně infračerveného záření.

Proudění vzduchu

Vítr nebo průvan v místnosti může ovlivňovat měření teploty termokamerou.

Kvůli přestupu tepla (konvekci) má vzduch v okolí měřeného tělesa stejnou teplotu jako měřený objekt. Při větru nebo průvanu se vyrovnaný vzduch „odežene“ a na jeho místo se dostane vzduch, jehož teplota je odlišná od teploty měřeného objektu. Kvůli konvekci odebírá vzduch teplo, případně ke chladnějšímu objektu teplo přináší, dokud se teplota vzduchu a tělesa nevyrovnají. Tento efekt přenosu tepla se zvyšuje s rozdílem teploty měřeného objektu a okolního vzduchu.

Znečištěný vzduch

Částice, jako např. prach, saze, kouř a mnoho par mají vysokou emisivitu a jsou zřídka transmisivní. To znamená, že mohou měření narušovat, neboť samy emitují infračervené záření, které vstupuje do termokamery. Navíc může infračervené záření měřeného objektu do termokamery vstupovat pouze zčásti, je totiž rozptýlenými částicemi odráženo a pohlcováno.

Kontrolní otázka:

Co vytvoříme zmačkáním a znovurozložením hliníkové folie?

Zdroj: Praktické příručky testo