18  Termografiske måleteknikker

18.1  Innledning

Et infrarødt kamera måler og viser emittert infrarød stråling fra et objekt. Det faktum at stråling er en funksjon av overflatetemperaturen gjør det mulig for kameraet å beregne og vise denne temperaturen.
Strålingen som kameraet måler avhenger imidlertid ikke bare av temperaturen på objektet, men også emissiviteten. Strålingen kommer også fra omgivelsene og reflekteres i objektet. Strålingen fra objektet og den reflekterte strålingen blir også påvirket av absorpsjon av atmosfæren.
For å måle temperaturen nøyaktig er det derfor nødvendig å kompensere for effektene fra et antall forskjellige strålekilder. Kameraet gjør dette on-line. Følgende objektparametre må imidlertid angis i kameraet:
  • Emissiviteten til objektet
  • Reflektert tilsynelatende temperatur
  • Avstanden mellom objekt og kamera
  • Relativ fuktighet
  • Temperaturen til atmosfæren

18.2  Emissivitet

Den objektparameteren som er viktigst å angi riktig, er emissiviteten. Dette er et mål på hvor mye stråling som sendes ut fra objektet, i forhold til et perfekt svart legeme med samme temperatur.
Normalt vil materialet objektet er laget av og dets overflatebehandling gi en emissivitet i området 0,1 til 0,95. En høypolert flate (speil) gir emissivitet under 0,1, mens en oksidert eller malt falte har høyere emissivitet. Oljebasert maling vil, uavhengig av fargen i det synlige spektret, ha en emissivitet over 0,9, inn i det infrarøde området. Huden til et menneske har en emissivitet på fra 0,97 til 0,98.
Ikke-oksiderende metaller representerer et ekstremtilfelle med perfekt opasitet og høy refleksivitet, og som ikke varierer mye med bølgelengden. Derfor er emissiviteten til metaller lav – og øker med temperaturen. For ikke-metaller er emissiviteten høy og synker med temperaturen.

18.2.1  Bestemme emissiviteten til en prøve

18.2.1.1  Trinn 1: Bestemme reflektert tilsynelatende temperatur

Bruk en av følgende to metoder til å bestemme den reflekterte tilsynelatende temperaturen:
18.2.1.1.1  Metode 1: Direkte metode
    Gå frem på følgende måte:
  1. Se etter mulige refleksjonskilder, med tanke på at innfallsvinkelen = refleksjonsvinkelen (a = b).
    Graphic

    Figur 18.1  1 = Refleksjonskilde

  2. Hvis refleksjonskilden er en punktkilde, modifiserer man kilden ved å dekke til den med et stykke kartong.
    Graphic

    Figur 18.2  1 = Refleksjonskilde

  3. Mål strålingsintensiteten (= effektiv temperatur) fra refleksjonskilden ved å bruke følgende innstillinger:
    • Emissivitet: 1.0
    • Dobj : 0
    Du kan måle strålingsintensiteten ved å bruke en av følgende to metoder:
    Graphic

    Figur 18.3  1 = Refleksjonskilde

    Graphic

    Figur 18.4  1 = Refleksjonskilde

Du kan ikke bruke et termoelement til å måle reflektert effektiv temperatur, fordi et termoelement måler temperatur, men effektiv temperatur er strålingsintensitet.
18.2.1.1.2  Metode 2: Reflektormetoden
    Gå frem på følgende måte:
  1. Krøll sammen et stort stykke aluminiumsfolie.
  2. Brett ut aluminiumsfolien igjen og fest den til et stykke papp av samme størrelse.
  3. Plasser et stykke papp foran objektet du ønsker å måle. Forsikre det om at siden med aluminiumsfolien peker mot kameraet.
  4. Still emissiviteten til 1,0.
  5. Mål den effektive temperaturen til aluminiumsfolien, og skriv den ned. Folien er ansett som en perfekt reflektor, så den effektive temperaturen tilsvarer den reflekterte effektive temperaturen fra omgivelsene.
    Graphic

    Figur 18.5  Måle den tilsynelatende temperaturen til aluminiumsfolien.

18.2.1.2  Trinn 2: Bestemme emissiviteten

    Gå frem på følgende måte:
  1. Velg et sted der du kan plassere prøven.
  2. Bestem og angi den reflekterte tilsynelatende temperaturen iht. prosedyren foran.
  3. Plasser et stykke elektrikertape med kjent høy emissivitet på prøven.
  4. Varm opp minst 20 K over romtemperaturen. Oppvarmingen må være jevnt fordelt.
  5. Fokuser og autojuster kameraet, og frys bildet.
  6. Juster Nivå og Spenn for å få best mulig lysstyrke og kontrast.
  7. Angi emissiviteten til tapen (vanligvis 0,97).
  8. Mål temperaturen til tapen ved å benytte en av følgende målefunksjoner:
    • Isoterm (hjelper deg med å bestemme både temperaturen og hvor jevnt du har varmet opp prøven)
    • Punkt (enklere)
    • Rektangel Gj.snitt (passer til flater med varierende emissivitet).
  9. Skriv ned temperaturen.
  10. Flytt målefunksjonen til prøveflaten.
  11. Endre emissivitetsinnstillingen til du leser av samme temperatur som forrige måling.
  12. Skriv ned emissiviteten.

18.3  Reflektert tilsynelatende temperatur

Denne parameteren benyttes til å kompensere for strålingen som reflekteres i objektet. Hvis emissiviteten er lav, og temperaturen i objektet er relativt langt unna den som reflekteres, er det viktig å angi og kompensere for den reflekterte tilsynelatende temperaturen korrekt.

18.4  Avstand

Avstanden er avstanden mellom objektet og fronten av linsen til kameraet. Denne parameteren benyttes til å kompensere for følgende to fakta:
  • At strålingen fra målet absorberes av atmosfæren mellom objektet og kameraet.
  • At strålingen fra selve atmosfæren detekteres av kameraet.

18.5  Relativ fuktighet

Kameraet kan også kompensere for det faktum at transmisjonen også er avhengig av den relative fuktigheten til atmosfæren. For å gjøre dette angir du den relative fuktigheten korrekt. For korte avstander og normal fuktighet, kan den relative fuktigheten settes til standardverdien 50 %.

18.6  Andre parametre

I tillegg kan du på enkelte kameraer og analyseprogrammer fra FLIR Systems kompensere for følgende parametre:
  • Atmosfærisk temperatur – dvs. temperaturen i atmosfæren mellom kameraet og målet
  • Ekstern optikktemperatur – dvs. temperaturen til eventuelle eksterne linser eller vinduer som benyttes foran kameraet
  • Ekstern optikktransmittans – dvs. transmisjonen til eventuelle eksterne linser eller vinduer som benyttes foran kameraet