33  Thermografische meettechnieken

33.1  Inleiding

Een infraroodcamera meet de uitgezonden infraroodstraling van een object en beeldt deze af. Aangezien straling afhankelijk is van de oppervlaktetemperatuur van een object kan de camera de temperatuur van het object berekenen en weergeven.
De straling die wordt gemeten door de camera is echter niet alleen afhankelijk van de temperatuur van het object, maar ook van de emissiegraad. Straling is ook afkomstig van de omgeving en wordt gereflecteerd in het object. De straling van het object en de gereflecteerde straling worden bovendien beïnvloed door de absorptie van de atmosfeer.
Om de temperatuur nauwkeurig te kunnen meten, moeten dus de effecten van een aantal verschillende stralingsbronnen worden gecompenseerd. Dit doet de camera automatisch on line. De volgende objectparameters moeten echter voor de camera worden opgegeven:
  • De emissiegraad van het object
  • De gereflecteerde gevoelstemperatuur
  • De afstand tussen het object en de camera
  • De relatieve luchtvochtigheid
  • Temperatuur van de atmosfeer

33.2  Emissiegraad

De belangrijkste objectparameter die correct moet worden ingesteld is de emissiegraad; dit is, kort gezegd, de maat voor de hoeveelheid straling die wordt uitgestraald door het object, vergeleken met de straling die afkomstig is van een perfect zwartlichaam met dezelfde temperatuur.
Normaal gesproken vertonen materialen en oppervlaktebehandelingen van objecten een emissiegraad variërend van ongeveer 0,1 tot 0,95. Een glanzend gepolijst (spiegelend) oppervlak heeft een emissiegraad van minder dan 0,1, terwijl een geoxideerd of geverfd oppervlak een hogere emissiegraad heeft. Verf op oliebasis, ongeacht de kleur in het zichtbare spectrum, heeft een emissiegraad van meer dan 0,9 in het infrarood. De menselijke huid heeft een emissiegraad tussen 0,97 en 0,98.
Niet-geoxideerde metalen vormen een uitzonderlijk geval, met hun volledige ondoorzichtigheid en hun hoge reflectie, die niet erg varieert met de golflengte. Daardoor hebben metalen een lage emissiegraad – neemt alleen toe wanneer de temperatuur stijgt. Voor andere materialen dan metalen is de emissiegraad meestal vrij hoog, en neemt deze af met het dalen van de temperatuur.

33.2.1  De emissiegraad van een proef bepalen

33.2.1.1  Stap 1: Het bepalen van de gereflecteerde gevoelstemperatuur

Gebruik een van de volgende methoden om de gereflecteerde gevoelstemperatuur te bepalen:
33.2.1.1.1  Methode 1: Directe methode
    Volg deze procedure:
  1. Zoek naar mogelijke reflectiebronnen, in aanmerking genomen dat de hoek van inval = reflectiehoek (a = b).
    Graphic

    Figuur 33.1  1 = Reflectiebron

  2. Als de reflectiebron een puntbron is, past u de bron aan door deze te blokkeren met een stuk karton.
    Graphic

    Figuur 33.2  1 = Reflectiebron

  3. Meet de stralingsintensiteit (= gevoelstemperatuur) vanuit de reflecterende bron. Gebruik de volgende instellingen:
    • Emissiegraad: 1.0
    • Dobj : 0
    U kunt de stralingsintensiteit meten met behulp van een van de twee volgende methoden:
    Graphic

    Figuur 33.3  1 = Reflectiebron

    Graphic

    Figuur 33.4  1 = Reflectiebron

U kunt geen thermokoppel gebruiken voor het meten van gereflecteerde schijnbare temperatuur, aangezien een thermokoppel temperatuur meet, terwijl schijnbaar temperatrure in feite stralingsintensiteit is.
33.2.1.1.2  Methode 2: Reflectormethode
    Volg deze procedure:
  1. Maak een prop van een groot stuk aluminiumfolie.
  2. Strijk de aluminiumfolie weer glad en zet deze vast op een stuk karton van dezelfde grootte.
  3. Plaats dit karton voor het object dat u wilt gaan meten. Zorg ervoor dat de kant met het aluminiumfolie naar de camera wijst.
  4. Stel de emissiegraad in op 1,0.
  5. Meet de gevoelstemperatuur van het aluminiumfolie en noteer deze waarde. De folie wordt beschouwd als een perfecte reflector, zodat de schijnbare temperatuur ervan gelijk is aan de gereflecteerde schijnbare temperatuur van de omgeving.
    Graphic

    Figuur 33.5  Het meten van de gevoelstemperatuur van het aluminiumfolie.

33.2.1.2  Stap 2: Het bepalen van de emissiegraad

    Volg deze procedure:
  1. Selecteer een plaats om de proef neer te zetten.
  2. Bepaal de gereflecteerde gevoelstemperatuur volgens de voorgaande procedure en stel deze in.
  3. Plaats een stuk elektrische tape met een bekende hoge emissiegraad op de proef.
  4. Verhit de proef tot minimaal 20 K boven kamertemperatuur. Het verhitten dient redelijk gelijkmatig plaats te vinden.
  5. Focus de camera, pas deze automatisch aan en bevries het beeld.
  6. Stel Niveau en Bereik af voor een beeld met optimale helderheid en contrast.
  7. Stel de emissiegraad in op die van de tape (meestal 0,97).
  8. Meet de temperatuur van de tape met behulp van een van de volgende meetfuncties:
    • Isotherm (helpt u bij het bepalen van zowel de temperatuur als de gelijkmatigheid waarmee u de proef hebt verhit)
    • Punt (eenvoudiger)
    • Vak Gem. (geschikt voor oppervlakken met een variërende emissiegraad).
  9. Noteer de temperatuur.
  10. Verplaats uw meetfunctie naar het oppervlak van de proef.
  11. Wijzig de instelling van de emissiegraad totdat u dezelfde temperatuur afleest als bij uw vorige meting.
  12. Noteer de emissiegraad.

33.3  Gereflecteerde gevoelstemperatuur

Deze parameter wordt gebruikt om de straling die wordt gereflecteerd in het object te compenseren. Als de emissiegraad laag is en de objecttemperatuur relatief ver van die van het gereflecteerde object ligt, is het belangrijk om de gereflecteerde gevoelstemperatuur goed in te stellen en deze hier correct voor te compenseren.

33.4  Afstand

De afstand is de afstand tussen het object en de voorste lens van de camera. Deze parameter wordt gebruikt om de volgende twee feiten te compenseren:
  • Dat straling van het object door de atmosfeer tussen het object en de camera wordt geabsorbeerd.
  • De straling van de atmosfeer zelf door de camera wordt gedetecteerd.

33.5  Relatieve luchtvochtigheid

De camera kan ook compensatie bieden voor het feit dat de transmissie ook afhankelijk is van de relatieve luchtvochtigheid van de atmosfeer. Hiervoor moet u de relatieve luchtvochtigheid instellen op de juiste waarde. Voor korte afstanden en bij een normale vochtigheid kunt u de relatieve luchtvochtigheid normaal gesproken handhaven op de standaardwaarde van 50%.

33.6  Overige parameters

Bovendien kunt u met sommige camera's en analyseprogramma's van FLIR Systems de volgende parameters compenseren:
  • Atmosferische temperatuur, dat wil zeggen: de temperatuur van de atmosfeer tussen de camera en het doel
  • Temperatuur externe optiek, dat wil zeggen: de temperatuur van alle externe lenzen of vensters die worden gebruikt voor de camera
  • Externe optiektransmissie – dat wil zeggen: de transmissie van alle externe lenzen of vensters die worden gebruikt voor de camera