18  Techniky měření teplot

18.1  Úvod

Infračervená kamera měří a zobrazuje objektem vyzařované infračervené záření. Skutečnost, že záření přímo závisí na povrchové teplotě objektu, umožňuje kameře tuto teplotu vypočítat a zobrazit.
Avšak radiace měřená kamerou nezávisí pouze na teplotě objektu, ale také na emisivitě. Záření také vzniká v okolním prostředí a odráží se od objektu. Záření objektu a odražené záření jsou rovněž ovlivněny pohlcováním při průchodu atmosférou.
K přesnému měření teploty je proto nutné kompenzovat účinky různých zdrojů radiace. To kamera provádí automaticky za provozu. Do kamery je však nutné zadat následující parametry objektu:
  • emisivita objektu
  • teplota odraženého záření
  • vzdálenost mezi objektem a kamerou
  • relativní vlhkost
  • teplota atmosféry

18.2  Emisivita

Nejdůležitější parametr objektu, který musí být správně určen, je emisivita. Emisivita objektu je - stručně řečeno - poměr množství záření emitovaného objektem a záření dokonalého černého tělesa stejné teploty.
Emisivita, resp. koeficient emisivity běžných materiálů a jejich upravených povrchů je přibližně v rozsahu od 0,1 do 0,95. Silně vyleštěný povrch (zrcadlo) má emisivitu velmi nízkou, nižší než 0,1, kdežto oxidovaný nebo natřený povrch má emisivitu vyšší. Olejové barvy mají ve viditelném spektru emisivitu větší než 0,9, nezávisle na jejich barvě. Lidská pokožka má emisivitu 0,97 až 0,98.
Neoxidované kovy jsou extrémním případem naprosté nepropustnosti a vysoké odrazivosti, která se příliš nemění v různých vlnových délkách. Proto je emisivita kovů nízká – zvyšuje se pouze s teplotou. Nekovy mají většinou vysokou emisivitu, která se snižuje s teplotou.

18.2.1  Zjištění emisivity vzorku

18.2.1.1  Krok 1: Určení teploty odraženého záření

Použijte některou z těchto dvou metod pro určení teploty odraženého záření:
18.2.1.1.1  Metoda 1: Přímá metoda
    Použijte následující postup:
  1. Najděte možné zdroje odrazu s ohledem na skutečnost, že úhel dopadu je roven úhlu odrazu (a = b).
    Graphic

    Obrázek 18.1  1 = Zdroj odrazu

  2. Je-li zdroj odrazu bodový, upravte zdroj tak, že jej přehradíte kouskem kartonu.
    Graphic

    Obrázek 18.2  1 = Zdroj odrazu

  3. Změřte intenzitu záření (= zdánlivou teplotu) ze zdroje odrazu pomocí následujícího nastavení:
    • Emisivita: 1,0
    • Dobj : 0
    Intenzitu záření lze změřit pomocí jedné z těchto dvou metod:
    Graphic

    Obrázek 18.3  1 = Zdroj odrazu

    Graphic

    Obrázek 18.4  1 = Zdroj odrazu

K měření zdánlivé odražené teploty nelze použít termočlánek, protože termočlánek měří teplotu, ale zdánlivá teplota je intenzita záření.
18.2.1.1.2  Metoda 2: Metoda odrazového zrcadla
    Použijte následující postup:
  1. Rozdělte velký kus hliníkové fólie na kousky.
  2. Uhlaďte hliníkovou fólii a připevněte ji na desku z kartonu stejné velikosti.
  3. Položte desku z kartonu před objekt, který chcete měřit. Zajistěte, aby strana s hliníkovou fólií směřovala ke kameře.
  4. Nastavte emisivitu na 1,0.
  5. Změřte zdánlivou teplotu hliníkové fólie a poznamenejte si ji. Fólie je považována za dokonalý odrazný materiál, takže její zdánlivá teplota se shoduje se zdánlivou teplotou odraženou od okolí.
    Graphic

    Obrázek 18.5  Měření teploty záření hliníkové fólie.

18.2.1.2  Krok 2: Určení emisivity

    Použijte následující postup:
  1. Zvolte místo, kam se položí vzorek.
  2. Podle předchozího postupu určete a nastavte teplotu odraženého záření.
  3. Na vzorek položte kousek elektrické pásky se známou vysokou emisivitou.
  4. Zahřejte vzorek na teplotu přesahující alespoň o 20 K pokojovou teplotu. Zahřívání musí být přiměřeně rovnoměrné.
  5. Zaostřete a automaticky nastavte kameru a zastavte obraz.
  6. Upravte možnost Úroveň a Rozmezí pro dosažení nejlepšího jasu a kontrastu obrazu.
  7. Nastavte emisivitu na hodnotu odpovídající pásce (obvykle 0,97).
  8. Pomocí jedné z následujících měřicích funkcí změřte teplotu pásky:
    • Izoterma (pomáhá určit jak teplotu, tak rovnoměrnost zahřívání vzorku)
    • Bod (jednodušší)
    • Pravoúhelník Prům. (dobré pro povrchy s proměnlivou emisivitou).
  9. Zaznamenejte teplotu.
  10. Přesuňte měřicí funkce na povrch vzorku.
  11. Měňte nastavení emisivity, dokud neodečtete stejnou teplotu jako při předchozím měření.
  12. Zaznamenejte emisivitu.

18.3  Teplota odraženého záření

Tento parametr se používá ke kompenzaci záření odraženého objektem. Je-li emisivita nízká a teplota objektu relativně dosti jiná než odražená, bude důležité správně nastavit a kompenzovat teplotu odraženého záření.

18.4  Vzdálenost

Vzdáleností se míní vzdálenost mezi objektem a objektivem kamery. Tento parametr se používá ke kompenzaci těchto dvou vlivů:
  • Záření cílového objektu je absorbováno atmosférou mezi objektem a kamerou.
  • Záření atmosféry je detekováno kamerou.

18.5  Relativní vlhkost

Kamera může také kompenzovat skutečnost, že propustnost atmosféry rovněž závisí na její relativní vlhkosti. Proto je nutné zadat hodnotu parametru relativní vlhkosti. Pro malé vzdálenosti může být hodnota relativní vlhkosti ponechána na předvolených 50 %.

18.6  Další parametry

Některé kamery a programy pro analýzu společnosti FLIR Systems umožňují dále kompenzovat následující parametry:
  • Atmosférická teplota – tj. teplota atmosféry mezi kamerou a cílem.
  • Teplota externí optiky – tj. teplota externích čoček nebo oken použitých před kamerou.
  • Transmitance externí optiky – tj. transmitance externích čoček nebo oken použitých před kamerou.