18  Termográfiás mérési eljárások

18.1  Bevezetés

Az infravörös kamera a tárgy által kibocsátott infravörös sugárzás mérésére valamint képi megjelenítésére szolgál. Mivel a sugárzás a tárgy felületi hőmérsékletétől függ, a kamera ki tudja számítani, és meg tudja jeleníteni ezt a hőmérsékletet.
Azonban a kamera által mért sugárzás nem csupán a tárgy hőmérsékletétől, hanem annak emissziójától is függ. A környezetben is keletkezik sugárzás, amely visszaverődik a tárgyról. A tárgy saját sugárzását, illetve az általa visszavert sugárzást a légkör elnyelőképessége is befolyásolja.
Ezért a pontos hőmérsékletméréshez szükség van a számos különböző sugárforrásból származó hatás kiegyenlítésére. Ezt a kamera működés közben automatikusan elvégzi. Ehhez azonban a kamerán be kell állítani a tárgy következő paramétereit:
  • A tárgy fajlagos emissziója
  • A visszavert látszólagos hőmérséklet
  • A tárgy és a kamera közötti távolság
  • A relatív páratartalom
  • A légkör hőmérséklete

18.2  Fajlagos emisszió

A tárgy beállítandó paraméterei közül a legfontosabb a fajlagos emisszió, amely röviden összefoglalva a tárgy által kibocsátott sugárzás mennyiségének egy azonos hőmérsékletű tökéletes fekete testhez viszonyított mérőszáma.
Rendszerint a tárgy anyagai és felületkezelései 0,1 és 0,95 közötti fajlagos emissziós tartományokat eredményeznek. A fényesre (tükörfényűre) polírozott felület értéke 0,1 alá csökken, míg az oxidált vagy a festett felületek fajlagos emissziója magasabb. Az olajbázisú festékek fajlagos emissziója, függetlenül a látható spektrumon belüli színtől, az infravörös tartományban 0,9 feletti fajlagos emissziót érnek el. Az emberi bőr fajlagos emissziója 0,97 és 0,98 közé esik.
A nem oxidált fémekre szélsőséges esetben a tökéletes átlátszatlanság és a nagy fényvisszaverő képesség jellemző, ami nem változik jelentősen a hullámhosszal. Ennek következtében a fémek fajlagos emissziója alacsony – és csak a hőmérséklettel együtt növekszik. Nemfémek esetén a fajlagos emisszió általában magas, és a hőmérséklettel együtt csökken.

18.2.1  Minta fajlagos emissziójának megállapítása

18.2.1.1  1. lépés: Visszavert látszólagos hőmérséklet meghatározása

A visszavert látszólagos hőmérséklet meghatározásához alkalmazza az alábbi két módszer valamelyikét:
18.2.1.1.1  1. módszer: Közvetlen módszer
    Kövesse az alábbi eljárást:
  1. Keressen potenciális visszaverő forrásokat, melyek esetén a beesési szög = visszaverődési szög (a = b).
    Graphic

    Ábra 18.1  1 = Reflexióforrás

  2. Ha a reflexióforrás pontforrás, akkor módosítsa a forrást egy kartonlappal eltakarva.
    Graphic

    Ábra 18.2  1 = Reflexióforrás

  3. Mérje meg a sugárforrásból származó sugárzás intenzitását (= látszólagos hőmérséklet) a következő beállításokkal:
    • Fajlagos emisszió: 1,0
    • Dobj : 0
    A sugárzás intenzitását a következő két módszer egyikével mérheti meg:
    Graphic

    Ábra 18.3  1 = Reflexióforrás

    Graphic

    Ábra 18.4  1 = Reflexióforrás

Nem használhat hőelemet a visszavert látszólagos hőmérséklet méréséhez, mert a hőelem méri a hőmérsékletet, azonban a látszólagos hőmérséklet a sugárzás intenzitása.
18.2.1.1.2  2. módszer: Reflektoros módszer
    Kövesse az alábbi eljárást:
  1. Gyűrjön össze nagyobb darab alumíniumfóliát.
  2. Terítse szét az alumíniumfóliát, és erősítse fel egy azonos méretű kartonlapra.
  3. Helyezze a kartonlapot a mérni kívánt tárgy elé. Ellenőrizze, hogy az alumíniumfóliával borított fele nézzen a kamera felé.
  4. Állítsa a fajlagos emissziót 1,0 értékre.
  5. Mérje meg és jegyezze fel az alumíniumfólia látszólagos hőmérsékletét. A fólia tökéletes reflektor, tehát a látszólagos hőmérséklete megegyezik környezetének reflektált látszólagos hőmérsékletével.
    Graphic

    Ábra 18.5  Látszólagos hőmérséklet mérése az alumíniumfólia segítségével.

18.2.1.2  2. lépés: Fajlagos emisszió meghatározása

    Kövesse az alábbi eljárást:
  1. Válassza ki a helyet, ahová a mintát helyezi.
  2. Határozza meg és állítsa be a visszavert látszólagos hőmérsékletet az előzőekben leírtak szerint.
  3. Helyezzen egy darab ismert fajlagos emissziójú szigetelőszalagot a mintára.
  4. Melegítse a mintát, amíg hőmérséklete legalább 20°C-kal meghaladja a környezeti hőmérsékletet. A fűtés lehetőleg legyen egyenletes.
  5. Állítsa be a kamerán a képélességet, végezzen automatikus finombeállítást, majd merevítse ki a képet.
  6. Állítsa be a Szint és Táv értékek segítségével a kép optimális fényerejét és kontrasztját.
  7. Állítsa be a fajlagos emissziót a szalag értékére (általában 0,97).
  8. Mérje meg a szalag hőmérsékletét az alábbi mérési függvények egyikével:
    • Izoterma (segít meghatározni a hőmérsékletet, valamint a minta melegítésének egyenletességét)
    • Mérőpont (egyszerűbb)
    • Téglalap Átl. (változó fajlagos emissziójú felületekhez javasolt).
  9. Jegyezze fel a hőmérsékletet.
  10. Helyezze át a mérési függvényt a minta felületére.
  11. Módosítsa a beállított fajlagos emissziót mindaddig, míg a leolvasható hőmérséklet meg nem egyezik az előző méréssel.
  12. Jegyezze fel a fajlagos emissziót.

18.3  Visszavert látszólagos hőmérséklet

Ez a paraméter a tárgyról visszaverődő sugárzás kiegyenlítésére szolgál. Ha a fajlagos emisszió alacsony, a tárgy hőmérséklete pedig viszonylag távol esik a visszaverttől, akkor fontos a visszavert látszólagos hőmérséklet helyes beállítása és kiegyenlítése.

18.4  Távolság

Távolság alatt a tárgy és a kamera elülső lencséje közötti távolságot kell érteni. Ez a paraméter a következő két tényező kiegyenlítésére szolgál:
  • A céltárgyból származó sugárzást elnyeli a tárgy és a kamera közötti levegő.
  • A kamera érzékeli a magából a légkörből származó sugárzást.

18.5  Relatív páratartalom

A kamera ellensúlyozni tudja azt a tényt, hogy az áteresztő képesség a légkör relatív páratartalmától is függ. Ehhez állítsa be a relatív páratartalom helyes értékét. Rövid távolságok és normál páratartalom esetén a relatív páratartalom 50%-os alapértelmezett értékét általában nem szükséges megváltoztatni.

18.6  Egyéb paraméterek

Ezenkívül a FLIR Systems egyes kamerái és elemzőprogramjai lehetővé teszik a következő paraméterek kiegyenlítését:
  • Légköri hőmérséklet– azaz a kamera és a céltárgy közötti légköri hőmérséklet
  • Külső optikai hőmérséklet –azaz a kamera előtt használt külső lencsék vagy ablakok hőmérséklete
  • Külső optikai áteresztés – azaz a kamera előtt használt külső lencsék vagy ablakok hőátvitele