24  Tecniche di misurazione termografica

24.1  Introduzione

La termocamera consente di misurare e rappresentare la radiazione infrarossa emessa da un oggetto. La radiazione è una funzione della temperatura superficiale di un oggetto e la termocamera è in grado di calcolare e visualizzare tale temperatura.
Tuttavia,‎ la radiazione rilevata dalla termocamera non dipende soltanto dalla temperatura dell'oggetto,‎ ma è anche una funzione dell'emissività. La radiazione ha origine anche nelle zone circostanti l'oggetto e viene riflessa sull'oggetto stesso. La radiazione emessa dall'oggetto e quella riflessa variano anche in base all'assorbimento atmosferico.
Per rilevare la temperatura con precisione,‎ è opportuno ovviare agli effetti provocati dalla presenza di diverse sorgenti di radiazione. Questa procedura viene eseguita automaticamente in tempo reale dalla termocamera. Tuttavia,‎ è necessario che la termocamera disponga dei seguenti parametri che si riferiscono agli oggetti.
  • L'emissività dell'oggetto
  • La temperatura apparente riflessa
  • La distanza tra l'oggetto e la termocamera
  • L'umidità relativa
  • La temperatura dell'atmosfera

24.2  Emissività

Poiché l'emissività è il parametro più importante dell'oggetto,‎ è necessario che venga impostato correttamente. In breve,‎ l'emissività è una misura che si riferisce alla quantità di radiazione termica emessa da un oggetto,‎ comparata a quella emessa da un corpo nero perfetto alla stessa temperatura.
Generalmente,‎ i materiali di cui sono composti gli oggetti e i trattamenti effettuati sulle superfici presentano emissività comprese tra 0,‎1 e 0,‎95. Una superficie particolarmente lucida,‎ ad esempio uno specchio,‎ presenta un valore inferiore a 0,‎1,‎ mentre una superficie ossidata o verniciata ha un livello di emissività superiore. Una vernice a base di olio ha un'emissività superiore a 0,‎9 nello spettro infrarosso,‎ indipendentemente dal suo colore nello spettro visivo. La pelle umana è caratterizzata da un livello di emissività compreso fra 0,‎97 e 0,‎98.
I metalli non ossidati rappresentano un caso estremo di opacità perfetta e di elevata riflessività,‎ la quale non subisce variazioni rilevanti al variare della lunghezza d'onda. Di conseguenza,‎ l'emissività dei metalli è bassa: aumenta infatti solo con la temperatura. Per i non metalli,‎ l'emissività tende ad essere elevata e a diminuire con la temperatura.

24.2.1  Come stabilire l'emissività di un campione

24.2.1.1  Passaggio 1: determinazione della temperatura apparente riflessa

Utilizzare uno dei due metodi seguenti per determinare la temperatura apparente riflessa:
24.2.1.1.1  Metodo 1: metodo diretto
    Attenersi alla procedura seguente:
  1. Individuare possibili fonti di riflettività,‎ tenendo in considerazione che l'angolo di incidenza = angolo di riflessione (a = b)‎.
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    Figura 24.1  1 = Fonte di riflettività

  2. Se la fonte di riflettività è una fonte puntiforme,‎ modificare la fonte coprendola con un pezzo di cartone.
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    Figura 24.2  1 = Fonte di riflettività

  3. Misurare l'intensità di radiazione (uguale alla temperatura apparente)‎ della sorgente di riflettività adottando le seguenti impostazioni:
    • Emissività: 1.0
    • Dobj : 0
    È possibile misurare l'intensità di radiazione adottando uno dei due metodi seguenti:
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    Figura 24.3  1 = Fonte di riflettività

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    Figura 24.4  1 = Fonte di riflettività

L'utilizzo di una termocoppia per la misurazione della temperatura apparente riflessa è sconsigliato per due motivi principali:
  • una termocoppia non misura l'intensità di radiazione
  • una termocoppia necessita di un eccellente contatto termico con la superficie,‎ ottenuto solitamente incollando e ricoprendo il sensore con un isolatore termico.
24.2.1.1.2  Metodo 2: metodo del riflettore
    Attenersi alla procedura seguente:
  1. Stropicciare un grosso pezzo di foglio d'alluminio.
  2. Distenderlo ed attaccarlo ad un pezzo di cartone delle stesse dimensioni.
  3. Posizionare il pezzo di cartone di fronte all'oggetto da sottoporre a misurazione. Verificare che il lato rivestito di foglio d'alluminio sia rivolto verso la termocamera.
  4. Impostare l'emissività su 1,‎0.
  5. Misurare la temperatura apparente del foglio d'alluminio e prendere nota del valore.
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    Figura 24.5  Misurazione della temperatura apparente del foglio d'alluminio.

24.2.1.2  Passaggio 2: determinazione dell'emissività

    Attenersi alla procedura seguente:
  1. Selezionare un luogo per posizionare il campione.
  2. Determinare ed impostare la temperatura apparente riflessa secondo la procedura indicata in precedenza.
  3. Posizionare sul campione un pezzo di nastro elettrico con un'accertata emissività elevata.
  4. Riscaldare il campione ad almeno 20 K oltre la temperatura ambiente. Il processo di riscaldamento deve essere abbastanza regolare.
  5. Mettere a fuoco e regolare automaticamente la termocamera,‎ quindi congelare l'immagine.
  6. Regolare Livello e Campo per ottenere immagini con i migliori valori di contrasto e luminosità.
  7. Impostare l'emissività come quella del nastro (solitamente 0,‎97)‎.
  8. Misurare la temperatura del nastro utilizzando una delle seguenti funzioni di misurazione:
    • Isoterma (consente di determinare sia la temperatura sia la regolarità di riscaldamento del campione)‎
    • Puntatore (più semplice)‎
    • Riquadro Media (adatto a superfici con emissività variabile)‎.
  9. Prendere nota della temperatura.
  10. Spostare la funzione di misurazione sulla superficie del campione.
  11. Modificare l'impostazione dell'emissività finché non si legge la stessa temperatura della misurazione precedente.
  12. Prendere nota dell'emissività.

24.3  Temperatura apparente riflessa

Questo parametro viene utilizzato per bilanciare la radiazione riflessa nell'oggetto. Se l'emissività è bassa ed la temperatura dell'oggetto sensibilmente diversa da quella riflessa,‎ risulta particolarmente importante impostare e bilanciare correttamente la temperatura apparente riflessa.

24.4  Distanza

Per distanza si intende la distanza esistente tra l'oggetto e l'obiettivo della termocamera. Questo parametro viene utilizzato per ovviare alle due condizioni seguenti:
  • La radiazione del soggetto viene assorbita dall'atmosfera compresa fra l'oggetto e la termocamera.
  • La termocamera rileva la radiazione dell'atmosfera stessa.

24.5  Umidità relativa

La termocamera consente anche di ovviare al fatto che la trasmittanza dipende in una certa misura dall'umidità relativa dell'atmosfera. Pertanto,‎ è necessario impostare l'umidità relativa sul valore corretto. Per brevi distanze ed un'umidità normale,‎ è in genere possibile utilizzare il valore predefinito dell'umidità relativa pari al 50%.

24.6  Altri parametri

Alcune termocamere e programmi di analisi di FLIR Systems consentono anche di effettuare compensazioni per i seguenti parametri:
  • Temperatura atmosferica,‎ ossia la temperatura atmosferica tra la termocamera e l'oggetto.
  • Temperatura ottiche esterne,‎ ossia la temperatura di obiettivi esterni o finestre utilizzati nella parte anteriore della termocamera.
  • Trasmittanza ottiche esterne,‎ ossia la trasmissione di obiettivi esterni o finestre utilizzati nella parte anteriore della termocamera