24  Techniky měření teplot

24.1  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

24.2  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.

24.2.1  Zjištění emisivity vzorku

24.2.1.1  Krok 1: Určení teploty odraženého záření

Použijte některou z těchto dvou metod pro určení teploty odraženého záření:
24.2.1.1.1  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 24.1  1 = Zdroj odrazu

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

    Obrázek 24.2  1 = Zdroj odrazu

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

    Obrázek 24.3  1 = Zdroj odrazu

    Graphic

    Obrázek 24.4  1 = Zdroj odrazu

Měření odražené zdánlivé teploty pomocí termoelektrického článku není doporučeno ze dvou důležitých důvodů:
  • Termoelektrický článek neměří intenzitu záření
  • Termoelektrický článek vyžaduje velmi dobrý teplotní kontakt s povrchem,‎ což obvykle znamená přilepení senzoru a jeho zakrytí teplotním izolátorem.
24.2.1.1.2  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 teplotu záření hliníkové fólie a zaznamenejte ji.
    Graphic

    Obrázek 24.5  Měření teploty záření hliníkové fólie.

24.2.1.2  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.

24.3  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.

24.4  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.

24.5  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 %.

24.6  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.