24  Termográfiás mérési eljárások

24.1  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

24.2  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.

24.2.1  Minta fajlagos emissziójának megállapítása

24.2.1.1  1. lépés: Visszavert látszólagos hőmérséklet meghatározása

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

    Ábra 24.1  1 = Reflexióforrás

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

    Ábra 24.2  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 24.3  1 = Reflexióforrás

    Graphic

    Ábra 24.4  1 = Reflexióforrás

A visszavert látszólagos hőmérséklet mérésére nem ajánlott hőelemet használni,‎ amelynek két fontos oka van:
  • A hőelem nem méri a sugárzás intenzitását.
  • A hőelem és a felület között nagyon jó hőátmenet szükséges,‎ ami általában az érzékelő felragasztásával,‎ majd hőszigetelő anyaggal való letakarásával érhető el.
24.2.1.1.2  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.
    Graphic

    Ábra 24.5  Látszólagos hőmérséklet mérése az alumíniumfólia segítségével.

24.2.1.2  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.

24.3  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.

24.4  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.

24.5  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.

24.6  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