Příručka termografie - Termokamery testo

Tel: 222 266 700

info@testo.cz

Průvodce termografií

Teorie - praxe - tipy - triky

V časech rostoucích cen energií a vysokých nákladů na odstavení zejména výrobních strojů se bezdotykové měření teploty uplatňuje při zjišťování účinnosti budov i při průmyslové údržbě. A přeci není termografie jako termografie. Neboť při bezdotykovém měření teploty platí některá základní pravidla.

Tento průvodce termografií vznikl na základě opakovaných požadavků našich zákazníků. Obsahuje mnoho zajímavých informací a tipů a triků z praktického měření, které vám mohou výrazně pomoci při vašem každodenním měření.

1.Teoretické základy

2.Emise, reflexe, prostup

3.Měřené místo

4.Měřený objekt

5.Praktické stanovení RTC

6.Příčiny chyb

7.Ideální podmínky

8.Perfektní termogram

9.Glosář

1.Teoretické základy termografie

Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula (0 Kelvinů = -273,15 °C) vydává infračervené záření. Toto infračervené záření není lidským okem viditelné.

Jak zjistil fyzik Max Planck již v roce 1900, existuje souvislost mezi teplotou tělesa a intenzitou jím vyzařovaného infračer- veného záření.

Termokamera měří ve svém zorném poli dlouhovlnné infračervené záření. Z toho dopočítává teplotu měřeného objektu. Výpočet probíhá s ohledem na stupeň emisivity (e) povrchu měřeného objektu a kompenzace odražené teploty (RTC = Reflected Temperature Compensation). Obě tyto hodnoty jsou manuálně nastavitelnými veličinami.

Každý pixel detektoru představuje teplotní bod, který je na displeji zobrazen v barevném provedení.

Termografie (měření teploty pomocí termokamery) je pasivní, bezdotyková měřicí metoda. Vytváří se obraz rozložení teploty na povrchu měřeného objektu. Pomocí termokamery nelze měřit vnitřní teplotu objektu ani teplotu objektů v pozadí

1.1 Emise, Reflexe, Prostup

Záření vstupující do termokamery se skládá z více složek – vyzářené, odražené a přenesené složky infračerveného záření, které vychází z objektů v zorném poli termokamery.

Emisivita
Emisivita (e) je měřítkem schopnosti materiálu pohlcovat a tedy i vyzařovat infračervené záření.

ε závisí na charakteru povrchu materiálu a, u některých materiálů, také na teplotě měřeného tělesa.
Maximální emisivita: ε = 1 ( ≅ 100%) (Černé těleso)

Případ ε= 1 je ideálním stavem a ve skutečnosti nikdy nenastane.

Reálná tělesa: ε < 1, neboť reálná tělesa záření zároveň odrážejí a eventuelně přenášejí./li>
Mnoho nekovových materiálů (např. PVC, beton, organické látky) mají vysokou, na teplotě nezávislou emisivitu (ε ≈ 0,8–0,95) v dlouhovlnném spektru infračerveného záření.
Kovy, především s hladkými povrchy, mají nízkou, teplotně závislou emisivitu.
ε je možné v termokameře nastavit manuálně.

Hodnota reflexe
Reflexe (ρ) je konstanta, specifická pro každý materiál, která udává schopnost tělesa odrážet záření.

ρ závisí na charakteru povrchu materiálu a u některých materiálů, také na teplotě měřeného tělesa.
Zpravidla odráží hladký, lesklý povrch záření mnohem lépe než hrubý a matný povrch stejného materiálu.
Teplotu odraženého záření je možné v termokameře manuálně nastavit (RTC).
RTC odpovídá v mnoha měřicích úlohách teplotě okolí. Tu je možné změřit např. teploměrem testo 810.
RTC je možné také zjistit pomocí Lambertova zářiče
Úhel odrazu odraženého infračerveného záření je stejný jako úhel dopadu

Přenos – transmise (τ)
Stupeň přenosu (τ) je měřítkem schopnosti materiálu propouštět infračervené záření.

τ závisí na druhu a tloušťce materiálu.
Naprostá většina materiálů není pro dlouhovlnné infračervené zařízení průchozí.

Kirchhofův zákon záření
Infračervené záření, pohlcené termokamerou sestává z:

měřeným objektem vyslaného záření
odrazem záření ostatních těles v okolí
prostupu záření tělesem

Součet těchto složek je vždy roven 1 ( ≅100%):
ε+ρ+τ=1

Neboť prostup v praxi nehraje žádnou roli, součinitel prostupu τ ve vzorci zanedbáme, zjednoduší se na
ε+ρ=1

Pro termografii to znamená:čím je nižší emisivita,tím je vyšší podíl odraženého záření,tím obtížnější je přesné měření teploty a tím důležitější je přesné nastavení kompenzace odražené teploty (RTC).

Souvislost mezi emisí a reflexí
1. Měřené objekty s vysokou emisivitou (ε ≥ 0,8):

Mají nízkou odraznost (ρ):ρ = 1 -ε.
Vaši teplotu je možné velice dobře měřit pomocí termokamery.

2. Měřené objekty se střední emisivitou (0,8 <ε < 0,6):

Mají střední odraznost (ρ):ρ = 1 -ε.
Teplotu vašeho objektu je možné dobře měřit pomocí termokamery. Pouze je nutné precizní nastavení emisivity a kompenzace odražené teploty.

3. Měřené objekty s nízkou emisivitou (e < 0,6)

Mají vysokou odraznost (ρ):ρ = 1 – ε
Měření vašeho objektu je pomocí termokamery možné, ale naměřené hodnoty je potřeba posuzovat kriticky.
Je nezbytné správně nastavit kompenzaci odraženého záření, neboť to má velký vliv na výpočet teploty.

Zvláště v případě velkých teplotních rozdílů mezi měřeným objektem a jeho okolím je správné nastavení emisivity extrémně důležité.

1. Pokud je teplota měřeného objektu vyšší než teplota okolí (viz. topení na obr. 1.2)

Příliš vysoko nastavená emisivita způsobí, že je hodnota teploty příliš nízká (viz. kamera 2).
Příliš nízko nastavená emisivita způsobí, že je hodnota teploty příliš vysoká (viz. kamera 1).

2. Pokud je teplota měřeného objektu nižší než teplota okolí (viz. dveře na obr. 1.2):

Příliš vysoko nastavená emisivita způsobí, že je hodnota teploty příliš vysoká (viz. kamera 2).
Příliš nízko nastavená emisivita způsobí, že je hodnota teploty příliš nízká (viz. kamera 1).

Pozor: Čím je větší rozdíl mezi teplotou měřeného objektu od teploty okolí a čím menší je emisivita, tím větší bude chyba měření. Tato chyba se při chybně nastavené emisivitě ještě zvětšuje.

Pozor:Dbejte vždy na provozní předpisy měřených objektů!

K několika málo prostupným materiálům patří např. tenké plastové fólie a germanium, materiál ze kterého jsou vyrobeny čočky a ochranné sklo termokamer Testo.
Pokud elementy, které leží pod povrchem tento povrch tepelně ovlivňují kondukcí, je možné často pomocí termokamery rozpoznat strukturu těchto objektů. Přesto měří termokamera pouze povrchovou teplotu. Přesné určení teploty těchto elementů není možné.

1.2 Měřené místo a vzdálenost

Při určování vhodné vzdálenosti od místa měření je potřeba brát ohled na tři veličiny:

zorné pole (FOV)
nejmenší rozpoznatelný objekt (IFOVgeo)
nejmenší měřitelný objekt / místo měření (IFOVměř).

Zorné pole (FOV) termokamery je termokamerou viditelná plocha (viz. obr. 1.3). Závisí to na použitém objektivu (např. 32° širokoúhlý objektiv – standard u přístroje testo 875i a teleobjektiv je možné dokoupit jako příslušenství).

Zároveň byste měli znát nejmenší rozpoznatelný objekt vaší termokamery (IFOVgeo). To popisuje velikost jednoho pixelu v závislosti na vzdálenosti.
Při prostorovém rozlišení objektivu 3,5 mrad a měřicí vzdále- nosti 1 m je rozlišení (IFOVgeo) se hrana o délce 3,5 mm na dis- pleji zobrazí jako jeden pixel (viz. obr. 1.4). Pro přesné měření by měl být měřený objekt 2–3 krát větší než nejmenší rozpoznatelný objekt (IFOVgeo).
Pro nejmenší měřitelný objekt (IFOVměř) platí také základní pravidlo:

Pro dobré prostorové rozlišení byste měli použít teleobjektiv.
Pomocí počítadla FOV od firmy Testo je možné dopočítat hodnoty FOV, IFOVměř a IFOVgeo pro různé měřicí vzdálenosti.

Emisivita materiálu silně závisí na struktuře povrchu materiálu.
Pozor na korektní nastavení emisivity podle povrchu měřené plochy.
Neměřte vlhké, zasněžené nebo namrzlé povrchy.
Neměřte na nepřiléhající znečištění (zkreslení teploty obsaženým vzduchem).
Zvláštní pozornosti dbejte při měření hladkých povrchů možným zdrojům záření v okolí (např. slunce, topení, atd.).

Měřené místo

1. Materiál a emisivita
Povrch každého materiálu má svou specifickou emisivitu, která je měřítkem, kolik materiál vydává infračerveného záření a to

odrazem
vyzařováním (ze samotného objektu)

2. Barva
Při měření teploty termokamerou nemá barva materiálu žádný výraznější vliv na z měřeného objektu vycházející infračervené záření.
Tmavé povrchy absorbují více krátkovlnného infračerveného záření než světlé povrchy a ohřívají se proto rychleji. Vysílané infračervené záření závisí totiž na teplotě a ne na barvě povrchu měřeného objektu. Např. černé, lakované těleso vyzařuje stejné množství dlouhovlnného infračerveného záření, jako bílé, lakované těleso o stejné teplotě.

3. Povrch měřeného objektu
Rozhodnou roli při měření teploty termokamerou hraje povrch. Neboť každá struktura povrchu, znečištění nebo nanesený povrch mění emisivitu tělesa.

Struktura povrchu
Hladký, lesklý, zrcadlový a/nebo leštěný povrch má zpravidla o něco nižší emisivitu než matný, strukturovaný, hrubý, zkoro- dovaný a/nebo poškrábaný povrch stejného materiálu. U velice hladkých ploch často dochází k zrcadlové reflexi

Vlhkost, sníh a námraza na povrchu
Voda, sníh a námraza mají relativně vysokou emisivitu (cca. 0,85 < ε < 0,96), proto je v tomto případě měření obecně neproblematické. Ovšem je potřeba dát pozor na to, že teplota měřeného objektu může být takovým přirozeným povrchem zkreslena. Neboť vlhkost při vypařování ochlazuje měřený povrch a sníh má dobré izolační vlastnosti. Námraza netvoří celistvý měřený povrch, proto musíte při měření zohlednit emisivitu námrazy i pod ní ležícího povrchu.

Znečištění a cizí tělesa na povrchu
Znečištění na povrchu měřeného objektu, jako např. prach, saze nebo mazivo, zvyšuje zpravidla emisivitu povrchu. Z toho důvodu je měření znečištěného objektu zpravidla bez problémů. Vaše termokamera měří přesto vždy teplotou povrchu, tudíž teplotu znečištění a ne přesnou teplotu povrchu pod ním ležícího tělesa.

2.1 Měřený objekt a jeho okolí

Okolí měřeného tělesa

Aby mohla termokamera správně dopočítat teplotu měřeného povrchu, je potřeba vedle nastavení emisivity (ε) dát pozor také na odraženou teplotu (RTC). V mnoha případech měření odpovídá odražená teplota teplotě okolí.

Teplotu okolí je možné změřit prostorovým teploměrem, např. testo 810.

Přesné nastavení emisivity je zvláště důležité při vysokém rozdílu teploty měřeného tělesa a teploty okolí.

2.Záření

Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula (0 Kelvinů = -273,15 °C) vysílá infračervené záření. Především objekty, které mají teplotu výrazně odlišnou od měřeného objektu mohou infračervené záření rušit svým vlastním vyzařováním. Takové zdroje rušení je potřeba, pokud je to možné, odstranit nebo vypnout. Odstíněním zdrojů rušení (např. plátnem nebo kartonem) redukujete jejich negativní vliv na měření. Pokud se nedá zdroj rušení odstranit, neodpovídá odražené teplota teplotě okolí. Pro měření odraženého záření doporučujeme například Lambertův zářič ve spojení s termokamerou.

Zvláštnosti termografie ve venkovním prostředí
Infračervené záření, které vychází z oblohy, se hovorově nazývá „chladným zářením nebe“. Pokud je čisté nebe, je odráženo „chladné záření nebe“ (~ -50 … -60 °C) a tepelné záření slunce (~ 5500 °C). Nebe převyšuje svou plochou slunce, proto odra- žená teplota při termografickém měření ve venkovním prostředí leží v případě slunečného dne většinou níže než 0 °C. Kvůli absorpci slunečního záření se objekty na slunci ohřívají. To závažně ovlivňuje povrchovou teplotu – částečně ještě několik hodin po skončení přímého slunečního ozáření.

Na obrázku 2.1 je patrné, že dešťový okap je na snímku rozložení teploty chladnější než stěna domu. Obě tělesa však mají přibližně stejnou teplotu. Snímek je nutné také správně interpretovat.

Řekněme, že povrch okapu je zinkovaný a má velice nízkou emi- sivitu (ε = 0,1). Pouze 10% z okapu vycházejícího dlouhovlnného infračerveného záření je vyzářeno, zbylých 90% je odražené záření okolí. Pokud je čisté nebe, odráží se „chladné záření nebe“ (~ -50 … -60 °C) na okapu. Termokamera je nastavena na správné měření stěny domu ε = 0,95 a RTC = -55 °C. Kvůli výrazně nízké emisivitě a velice silné reflexe se dešťový okap jeví na snímku velice studené. Pro správné zobrazení obou teplot na teplotním snímku je možné emisivitu některých ploch později upravit pomocí analyzačního programu (např. pomocí Testo IRSoft). Doporučujeme použití Lambertova zářiče pro správné určení RTC.

Pozor na vliv infračerveného záření vašeho těla.
Při měření měňte polohu, tím odhalíte reflexi. Reflexe se přemisťuje, rozložení teploty zůstává na stejném místě – a to i při změně zorného úhlu.
Neprovádějte měření v blízkosti hodně horkých nebo studených objektů, případně je odstiňte.
Neměřte pod přímým slunečním světlem, i po několika hodinách. Měřte v časných ranních hodinách.
Ve venkovním prostředí měřte pokud možno, když je nebe pod mrakem.

3. Počasí

Zataženo
Pro infračervené měření ve venkovním prostředí nabízí oblačná obloha ideální podmínky, neboť mraky odstíní „chladné záření nebe“ od měřeného objektu.

Srážky
Silné srážky (déšť, sníh) mohou silně ovlivnit výsledek měření. Voda, led a sníh mají vysokou emisivitu a jsou neprostupné pro infračervené záření. Navíc měření mokrých objektů může vést k chybě měření, neboť se povrch měřeného tělesa ochlazuje odpařováním.

Měřte přednostně při zatažené obloze.
Oblačno by mělo být i několik hodin před měřením.
Pozor na silný déšť mezi přístrojem a měřeným objektem během měření.

4. Vzduch

Vlhkost vzduchu
Relativní vlhkost vzduchu v okolí měřeného tělesa by měla být dostatečně nízká, aby nedocházelo ke kondenzaci ve vzduchu (mlha), na měřeném objektu, na ochranném skle nebo na čočce termokamery. Pokud je čočka (příp. ochranné sklo) zamlženo, nedostane se část infračerveného záření do termokamery. Velice hustá mlha může měření ovlivnit, neboť kapičky vody ve vzduchu propustí méně infračerveného záření.

Proudění vzduchu
Vítr nebo průvan v místnosti může ovlivňovat měření teploty termokamerou.
Kvůli přestupu tepla (konvekci) má vzduch v okolí měřeného tělesa stejnou teplotu jako měřený objekt. Při větru nebo průvanu se vyrovnaný vzduch „odežene“ a na jeho místo se dostane vzduch, jehož teplota je odlišná od teploty měřeného objektu. Kvůli konvekci odebírá vzduch teplo, případně ke chladnějšímu objektu teplo přináší, dokud se teplota vzduchu a tělesa nevyrovnají. Tento efekt přenosu tepla se zvyšuje s rozdílem teploty měřeného objektu a okolního vzduchu.

Znečištěný vzduch
Částice, jako např. prach, saze, kouř a mnoho par mají vysokou emisivitu a jsou zřídka transmisivní. To znamená, že mohou měření narušovat, neboť samy emitují infračervené záření, které vstupuje do termokamery. Navíc může infračervené záření měřeného objektu do termokamera vstupovat pouze zčásti, je totiž rozptýlenými částicemi odráženo a pohlcováno.

5. Světlo
Světlo nebo osvětlení nehraje při měření termokamerou významnou roli. Je možné měřit i potmě, neboť termokamera měří dlouhé vlny infračerveného záření.

Neměřte v mlze ani ve vodní páře.
Neměřte při kondenzaci vzdušné vlhkosti na termokameře
Vyhněte se, pokud je to možné, měření ve větru nebo průvanu.
Pozor na rychlost proudění vzduchu a jeho směr a zohledněte to při vyhodnocení termosnímku.
Neměřte ve velmi znečištěném vzduchu (např. v čerstvě rozvířeném prachu).
Měřte vždy z (pro vaše měření) nejmenší možné vzdálenosti, aby se omezil rušivý vliv cizích částic ve vzduchu.

Přesto některé zdroje světla vysílají infračervené záření a mohou tak ovlivňovat teplotu objektů ve svém okolí. Proto byste neměli měřit ve přímém slunečním svitu nebo v blízkosti horkých žárovek. Chladné zdroje světla, jako např. LED diody nebo neonové trubice, jsou neškodné, neboť velkou část jimi vyslané energie tvoří viditelné světlo a ne infračervené záření.

2.2 Praktické stanovení e a RTC

Pro stanovení emisivity povrchu měřeného objektu můžete např.: odečíst emisivitu z tabulky
Pozor:
Hodnoty v tabulce emisivit jsou pouze ukazatelem. Emisivitu povrchu měřeného tělesa je potom možné od této hodnoty odvinout.

Emisivitu je možné také určit srovnávacím měřením kontaktním teploměrem (např. pomocí teploměru testo 905-T2 nebo testo 925)
Emisivitu je možné stanovit také srovnávacím měřením samotnou termokamerou (viz. „Srovnávací metoda pomocí termokamery“

1. Srovnávací metoda s kontaktním teploměrem

Nejdříve určete odražené záření a zadejte tuto hodnotu do termokamery. Změřte teplotu měřeného objektu pomocí kontaktního teploměru (např. testo 905-T2 nebo testo 925). Nyní změřte teplotu povrchu pomocí termokamery, ve které je nastavena nějaká emisivita. Rozdíl mezi naměřenými teplotami z kontaktního měření a termokamery je způsoben chybně nastavenou emisivitou. Postupně měňte nastavenou emisivitu, tím se bude měnit i měřené teplota. Pokračujte, dokud nenaměříte termokamerou stejnou hodnotu jako kontaktním měřením. V tu chvíli nastavená emisivita odpovídá emisivitě povrchu měřeného objektu. Teplota objektu by měla být alespoň o 20 °C vyšší nebo nižší než je teplota odraženého záření!

2. Srovnávací metoda pomocí termokamery
Nejprve určete teplotu odraženého záření a zadejte ji do termokamery. Na povrch tělesa nalepte pásku s definovanou emisivitou (např. tepelně odolná páska od firmy Testo). Po krátké době, potřebné pro ustálení teploty změřte teplotu pásky, nalepené na povrchu měřeného objektu. V termokameře je potřeba mít nastavenou emisivitu lepící pásky. Tato teplota je vaší referenční teplotou. Nyní upravujte nastavení emisivity, dokud termokamera nenaměří i na povrchu bez lepící pásky stejnou teplotu jako je teplota referenční.

Místo pásky je možné použít také:

Měřený objekt, natřený lakem nebo barvou se známou emisivitou.
Na měřený objekt naneste silnou vrstvu (> 0,13 mm) tepelně
odolného oleje (ε » 0,82).
Na měřený objekt naneste silnou vrstvu sazí (ε » 0,95). Teplota objektu by se měla lišit alespoň o 20 °C od teploty odraženého záření!

Stanovení teploty odraženého záření

Pokud odstraníte všechny možné zdroje rušení, které mohou ovlivňovat vaše měření, je teplota odraženého záření rovna teplotě okolí. Teplotu okolí můžete změřit např. pomocí prostorového teploměru např. testo 810, a naměřenou teplotu zadejte do termokamery jako RTC.
Pokud je ale přítomno cizí infračervené záření v okolí měřeného tělesa, měla by být pro přesné výsledky měření změřena odražená teplota.

Pozor:

Vždy dbejte na provozní předpisy měřeného objektu!
Před nátěrem nebo nalepením pásky na měřicí objekt nejprve ověřte, zda je to nutné pro korektní měření

Měření odražené teploty pomocí (improvizovaného) Lambertova zářiče
Lambertův zářič je objekt, který ideálně rozptýlí dopadající záření, tedy je odrazí stejně silné do všech směrů.
Na Lambertově zářiči můžete pomocí termokamery změřit teplotu odraženého záření. K tomuto účelu je jako náhrada Lambertova zářiče vhodná zmačkaná a znovu roztažená hliníková fólie. Fólie má vysokou reflexi a díky zmačkané struktuře se záření odráží způsobem blízkým k ideální difuzi.

Pro měření teploty odraženého záření položte Lambertův zářič do blízkosti měřeného objektu nebo úplně ideálně přímo na měřený objekt. Potom změřte jeho teplotu při emisivitě nastavené na 1. Kamera vypočítá pouze teplotu do ní dopadajícího záření. Tuto hodnotu můžete použít jako RTC a vložit ji do termokamery a potom se správně nastavenou emisivitou povrchu měřeného objektu měřit teplotu požadovaného objektu.

2.3 Příčiny chyb při infračerveném měření

Následující faktory mohou ovlivnit výsledek vašeho infračerveného měření:

Špatně nastavená emisivita
– Zjistěte správnou emisivitu a nastavte ji v termokameře
Špatně nastavené RTC
– Zjistěte odraženou teplotu a zadejte ji do termokamery
Neostrý teplotní obraz
– Zaostřete teplotní snímek, neboť ostrost nelze později na snímku opravit..
Moc velká nebo moc malá vzdálenost od měřeného objektu.
Měření nevhodným objektivem.
Moc velké měřené místo
– Při měření z minimální vzdálenosti ostření vaší termokamery.
– Volte, stejně jako u fotografování, rozumně mezi širokoúhlým objektivem a teleobjektivem.
– Dejte přednost, pokud je to možné, co nejmenší vzdálenosti od měřeného objektu.
Rušení v přenosové cestě (např. znečištění vzduchu, kryty, atd.)
Vliv rušivých zdrojů záření (např. žárovky, slunce, topení, atd.)
Chybná interpretace teplotních snímků vlivem reflexe
– Pozor na vliv rušivých zdrojů záření.
– Rušivé zdroje záření pokud možno vypněte, odstiňte, nebo zohledněte jejich vliv při interpretaci teplotních snímků.
Rychlá změna teploty okolí
– Při změně okolní teploty z chladna do tepla, hrozí při orosení objektivu.
– Používejte pouze termokamery s teplotně stabilizovaným detektorem.
Chybná interpretace teplotního snímku kvůli neznalosti struktury měřeného objektu
– Druh a struktura měřeného objektu by měla být známa.
– Pro interpolaci teplotního snímku využijte, pokud je to možné, i reálný snímek (fotografii).

Měření přes sklo
Lidské oko dokáže vidět přes sklo, přesto je ale sklo pro infračervené záření nepropustné. Termokamera proto měří pouze teplotu povrchu skla, ne teplotu předmětů, ležících za ním. Avšak pro krátkovlnné záření, jako jsou např. sluneční paprsky, je sklo propustné. Proto byste měli brát ohled také na to, že by sluneční paprsky mohly vámi měřený objekt přes sklo zahřívat.
Sklo patří k zrcadlícím materiálům. Pozor proto při měření teploty skla na odraz.

Měření kovů
Kovy, zvláště ty s lesklým povrchem, silně odrážejí dlouhovlnné infračervené záření. Nastavte velice nízkou emisivitu, která je však závislá na teplotě. Proto je měření teploty pomocí termokamery problematické. Vedle nastavení emisivity je zvláště důležité správné nastavení odražené teploty. Přečtěte si pokyny pro odražené záření.
V případě lakovaných kovů je měření bezproblémové, neboť laky mají zpravidla vysokou emisivitu. Přesto i zde musíte dát pozor na odraz a na záření okolí.

Zrcadlová reflexe

Viditelný odraz na povrchu je často ukazatelem silně odrazného povrchu, tudíž povrchu s nízkou emisivitou. Přesto neznamená silně zrcadlící vždy také stejně silně reflexní. Např. je možné na teplotním snímku lakované plochy odražené okolní záření (např. silueta osoby, provádějící měření), neboť má lak zpravidla vysokou emisivitu (ε » 0,95). Odražené objekty ale není možné vidět např. na teplotním snímku pískovcové stěny, přestože pískovecmánízkouemisivitu(ε»0,67).
Jestli se na snímku objeví nebo neobjeví obrysy okolního záření nezávisí primárně na emisivitě, nýbrž na struktuře povrchu.

Každé záření se odráží pod stejným úhlem jako pod kterým dopadá. To znamená, že vždy platí zákon odrazu: úhel dopadu se rovná úhlu odrazu. Toto je ve zvětšeném měřítku zobrazeno na obrázku 2.3 na části s hladkou hliníkovou fólií (vlevo). Zde se infračervené záření osoby, provádějící měření ve stejné formě jako dopadá na povrch (zrcadlová reflexe).

Zákon odrazu platí také v případě zmačkané hliníkové fólie (pravá strana). V tomto případě nedopadají infračervené paprs- ky na hladkou plochu, ale na velké množství malých plošek. Díky tomu se záření, stejně jako u Lambertova zářiče, rozptýlí do různých směrů. Tato difuzní reflexe způsobí, že nelze rozpoznat žádné obrysy infračervených zdrojů záření. Reflexe na zmačkané fólii je v každém místě směs infračerveného záření obou zdrojů záření (osoby, která provádí měření a jejího pozadí).

Silně zrcadlící povrchy nejsou vždy silně reflexní.
Vždy dejte pozor na vliv Vámi vyzařovaného infračerveného záření.
Vysokou reflexi mohou mít i povrchy, na kterých není viditelný odraz.
Hladký povrch měřte z různých úhlů a směrů, jen tak poznáte, které teploty jsou měřeným objektem odražené a které jsou měřeným objektem vyslány.

2.4 Ideální podmínky pro infračervené měření

Při infračerveném měření jsou důležité zejména stabilní okolní podmínky. To znamená klima, objekty v okolí měřeného tělesa, i všechny ostatní ovlivňující faktory by se během měření neměly měnit. Pouze tak je možné vyhodnotit všechny rušivé zdroje a zdokumentovat je pro budoucí analýzu. Při měření ve venkovním prostředí by mělo být stabilní počasí a zatažená obloha, aby byl měřený objekt odstíněn od přímého slunečního záření i od „chladného záření oblohy“. Zde je potřeba také dát pozor, aby měřené objekty nebyly zahřáté slunečním zářením.

Ideální podmínky měření jsou:

stabilní počasí
zatažená obloha před a během měření (při měření ve volném prostředí),
bez osvětlením přímého slunečního záření během i před měřením,
žádné srážky
suché, termicky volně přístupné plochy měřeného objektu (např. povrch bez listí, bez špon)
bezvětří, bez průvanu
bez zdrojů rušivého záření v okolí měřeného tělesa a v cestě přenosu,
povrch měřeného objektu s vysokou, přesně známou emisivitou.

Při termografii budov je doporučován minimální teplotní rozdíl 15°C mezi vnitřní a vnější teplotou, který musí být dodržen po dobu 24 – 48 hodin před měřením.

2.5 Perfektní termogram

Při snímání termogramu je potřeba dbát na dvě věci:

volba správného výřezu obrázku
správné zaostření teplotního snímku na relevantní oblast.

Dbejte také na ostrost snímku – stejně jako u normálního digitálního snímku – po uložení už není možné zaostření upravovat.

Abyste získali perfektní snímek, můžete ve vaší termokameře a v analyzačním programu (např. Testo IRSoft) provádět následující změny:

Emisivita a nastavení pro kompenzaci odražené teploty (RTC).
Toto je možné v profesionálním analyzačním programu provádět bodově a plošně.
Zvolit vhodnou barevnou paletu (např. železo, duha, atd.). Nastavením vhodné barvy palety získáte kontrastní a snad- něji interpretovatelný teplotní snímek.
Manuálně nastavit teplotní stupnici.
Je možné také vylepšit teplotní a barevné odstupňování vašeho teplotního snímku (viz. obr. 2.4).

Tipy při pořizování teplotních snímků:

Odstraňte nebo odstiňte cizí zdroje záření.
Povrch měřeného objektu by měl být opticky a termicky
přístupný.Pokud je to možné, odstraňte kryty a rušivé objekty z okolí měřeného tělesa.
Měňte vaši pozici při měření, aby bylo možné odhalit reflexi.Reflexe se přemisťuje, rozložení teploty na měřeném povrchu zůstává na stejném místě – i při změnách úhlu měření.
Nejmenší měřitelný objekt IFOVmeas by neměl být větší než měřený objekt.
Vzdálenost od místa měření by měla být co nejmenší.
Pro měření používejte vhodný objektiv.
Pro přesné měření detailů doporučujeme použít stativ.
Měli byste znát strukturu měřených objektů, aby bylo možné přesně interpretovat termické závislosti.
Termokameru používejte s vestavěným digitálním fotoaparátem, aby bylo snímek možné použít při pozdějším vyhodnocení.
Pozor na všechny okolní podmínky a měřte je a dokumentujte pro pozdější použití při vyhodnocení teplotního snímku.

P10

3.0 Glosář

A
Absolutní nula
Absolutní nula leží na -273,15 °C (0 Kelvinů = -459,69 °F). Všechna tělesa s teplotou nižší než absolutní nula nevyzařují žádné tepelné záření.
Absorpce
Když dopadá elektromagnetické infračervené záření na objekt, absorbuje tento objekt část dopadající energie. Absorpce způsobuje ohřívání objektu. Teplejší objekty vysílají víc infračerveného záření než objekty studené. Absorbované (přijaté) infračervené záření se přemění na infračervené záření emitované (z objektu vycházející). Množství absorbovaného záření odpovídá emisivitě.
Na objekt dopadající infračervené záření, které není absorbováno, se odráží a/nebo prostupuje.

B
Barevná škála
Volba barevného zobrazení termosnímku v kameře (např. barevná paleta „duha“, „železo“, „stupně šedi“). Podle měřicí úlohy a nastavení barevné palety je možné upravit kontrast teplotního snímku. Barevnou škálu je možné upravit pomocí analyzačního programu i po uložení snímku (např. Testo IRSoft). Při volbě barevné palety dejte pozor i na interpretovatelnost teplotního snímku. Červenou a žlutou barvu pozorovatel zcela intuitivně považuje za teplo, zelenou a modrou za chlad.

C
Celsiův stupeň [°C]
Jednotka teploty. Za normálního tlaku má 0 °C tající led. Dalším pevným bodem celsiovy stupnice je teplota varu vody 100 °C. °C = (°F – 32) / 1,8 nebo °C = K – 273,15.

Č
Černé těleso
Objekt, který absorbuje všechnu energii z dopadajícího infračerveného záření, převede ji ve vlastní infračervené záření a 100% této energie opět vyzáří. Nedochází zde k žádné reflexi nebo prostupu záření. V praxi se objekty s těmito vlastnostmi nevyskytují.
Zařízení pro kalibraci termokamer se nazývá černý zářič. Jeho emisivita se přesto pouze přibližuje jedné (ε > 0,95).

D
Detektor
Detektor snímá infračervené záření a převádí je na elektrický signál. Velikost detektoru je udávána v pixelech.
Doba ustálení
Doba ustálení je doba kterou termokamera potřebuje, aby se její teplota vyrovnala s teplotou v okolí místa měření. Teplotně stabilizovaný detektor, jako například v termokameře testo, má nižší dobu ustálení
Dvoubodové měření
Funkce dvoubodového měření nabízí na displeji termokamery dva nitkové kříže, jejichž pomocí je možné odečíst jednotlivé teploty.

E
Emisivita (ε)
Měřítko schopnosti materiálu emitovat (vysílat) infračervené záření. Emisivita závisí na kvalitě povrchu, materiálu, v případě některých materiálů i na teplotě objektu.

F
Fahrenheit [°F]
Jednotka teploty, používaná zejména v severní Americe. °F = (°C x 1,8) + 32.
Příklad 20 °C ve °F: (20 °C x 1,8) + 32 = 68 °F.
FOV – zorné pole
Zorné pole termokamery. Udává se hodnotou úhlu (např. 32°) a popisuje plochu, kterou je schopna termokamera obsáhnout.
Zorné pole je závislé na detektoru a na použitém objektivu. Velké zorné pole má při stejném detektoru širokoúhlý objektiv, malé zorné pole teleobjektiv (např. teleobjektiv Testo 12°).

I
Ideální zářič
Viz. „Černé těleso“
Infračervené záření
Infračervené záření je elektromagnetické tepelné záření. Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula (0 Kelvinů = -273,15 °C) vysílá infračervené záření. Infračervené záření má vlnovou délku v rozsahu 0,75 mm až téměř 1000 mm (= 1 mm) a tudíž hraničí s vlnovým rozsahem viditelného světla (0,38 – 0,75 mm). Termokamery měří často vlnovou délku infračerveného záření v oblasti 8 mm až 14 mm (jako například termokamera testo), neboť atmosféra je pro infračervené záření v tomto rozsahu vlnových délek snadno pro- stupná.
IFOVgeo – zorné pole jednoho pixelu
Geometrické rozlišení (prostorové rozlišení). Měřítko schopnos- ti detektoru, v závislosti na objektivu rozpoznat detaily. Geome- trické rozlišení se udává v mrad (= miliradiánech) a popisuje nejmenší objekt, který, v závislosti na vzdálenosti měření, je ještě na teplotním snímku patrný. Na teplotním snímku odpoví- dá velikost tohoto bodu velikosti jednoho pixelu.
IFOVmeas – měřitelné zorné pole
Označení pro nejmenší objekt, jehož teplotu je možné pomocí termokamery přesně změřit. Je 2–3 krát větší než nejmenší rozpoznatelný objekt (IFOVgeo).
Základním pravidlem je: IFOVmeas » 3 x IFOVgeo. IFOVmeas se nazývá také měřený bod.
Izotermy
Čáry, které spojují místa se stejnou teplotou. Izotermy je možné zobrazit pomocí analyzačního programu (např. Testo IRSoft). Všechny body na teplotním snímku, jejichž teplota leží v definovaném rozsahu, jsou barevně označeny.

K
Kelvin [K]
Jednotka teploty.
0 K odpovídá absolutní nule (-273,15 °C). Platí: 273,15 K = 0 °C = 32 °F.
K = °C + 273,15.
Příklad 20 °C v K: 20 °C + 273,15 = 293,15 K.
Kalibrace
Proces, kterým se porovnávají hodnoty, naměřené přístrojem (naměřená hodnota) s hodnotami, naměřenými referenčním přístrojem (referenční hodnota = „skutečná hodnota“). Výsledek dává zpětnou vazbu, jestli je hodnota, naměřená vašim přístrojem ještě stále v přípustných mezích/tolerancích. Naroz- díl od justáže se kalibrací stanoví a zdokumentuje odchylka od referenční hodnoty, naměřená hodnota se neseřizuje. Perioda opakování kalibrace závisí na příslušných požadavcích měřicí úlohy. Výrobci udávají periodu doporučenou.
Kondenzace
Přechod látek z plynného do kapalného skupenství. Vzdušná vlhkost může kondenzovat, pokud je teplota povrchu a tudíž teplota vzduchu v blízkosti povrchu, nižší, než teplota okolního vzduchu, případně pokud má vzduch teplotu rosného bodu.
Konvekce (přestup)
Přenos tepla, při kterém tepelná energie přechází prostřednictvím pevného, kapalného nebo plynného transportního média přechází na jiná tělesa, kapaliny nebo plyny.
Kondukce (vedení)
Vedení tepla. Přenos tepelné energie mezi sousedními tělesy. Energie přechází vždy z teplejšího tělesa na studené. Oproti konvekci nedochází při kondukci k přenosu látky.

L
Lambertův zářič
Lambertův zářič je objekt, který ideálně rozptyluje dopadající záření, to znamená, že dopadající záření je odráženo do všech směrů stejně.
Na Lambertově zářiči je možné pomocí termokamery měřit teplotu odraženého záření.
Laserové označení místa měření
Laser označuje místo měření (na měřeném objektu je viditelný červený bod). Laserové označení a prostředek snímku si zcela neodpovídají, neboť leží na různých optických osách. Laserový bod proto není vhodný k přesnému označení místa, které je na displeji označeno nitkovým křížem. Slouží pouze k usnadnění orientace.

N
NETD (Noise Equivalent Temperature Difference)
Označení pro nejmenší teplotní rozdíl, které termokamera ještě dokáže zaznamenat. Čím menší je tato hodnota, tím lepší je teplotní rozlišení termokamery.

O
Objektiv
V závislosti na použitém objektivu se mění velikost zorného pole termokamery a tím i velikost místa měření. Širokoúhlý objektiv (např. 32° – standardní objektiv přístroje testo) je vhodný především pro aplikace, kdy je potřeba si utvořit přehled rozložení teploty na větší ploše. Teleobjektiv je možné použít pro přesné měření detailů i z větší vzdálenosti.
Obnovovací frekvence
Udává se v Hertzích, jak často za vteřinu se zobrazený snímek obnoví (např. 9 Hz / 33 Hz / 60 Hz). Obnovovací frekvence 9 Hz znamená, že termokamera obnoví snímek devětkrát za vteřinu.

P
Proměnlivé zářiče
Objekty s nízkou emisivitou, která je závislá na teplotě a s ní kolísá. Emisivita většiny kovů je závislá na teplotě. Např. emisi- vita hliníku se s rostoucí teplotou zvyšuje (ε = 0,02 při 25 °C, ε = 0,03 při 100 °C).
Prostupnost (T)
Měřítko schopnosti materiálu propouštět infračervené záření. Záleží na tloušťce a druhu materiálu. Většina materiálů je nepro-stupná pro dlouhovlnné infračervené záření.

R
Reflexe (ρ)
Popisuje schopnost materiálu odrážet infračervené záření. Reflexe závisí na vlastnostech povrchu, teplotě a druhu materiálu.
Relativní vlhkost (%rv)
Procentuelní údaj, který popisuje množství vodní páry ve vzduchu. Např. při 33%rv obsahuje vzduch pouze cca. 1/3 množství vodní páry, které může pojmout při stejné teplotě a tlaku. Pokud je vlhkost vzduchu vyšší než 100 %, tvoří se kondenzát, nebo%t vzduch je úplně nasycen a již více vlhkosti nepojme. Vodní pára je v plynném skupenství, ale stále je tekutá. Čím teplejší je vzduch, tím více vodní páry dokáže pojmout než začne docházet ke kondenzaci. Na chladných plo- chách dochází proto ke kondenzaci nejříve.
RTC (Reflected Temperature Compensation – kompenzace odražené teploty)
V případě reálných zářičů se část tepelného záření odráží. Tato odražená teplota musí být zohledněna při měření objektů s nízkou emisivitou. Pomocí korekčního faktoru se reflexe v termokameře odečte, čímž se zvýší přesnost měření teploty. Provádí se to zpravidla manuálním zadáním do termokamery a/nebo pomocí programu.
Ve většině případů odpovídá odražená teplota teplotě okolí. Pokud se na povrchu měřených objektů odráží infračervené záření z rušivých zdrojů, je potřeba změřit teplotu odraženého záření (např. pomocí Lambertova zářiče). Odražená teplota má jen malý vliv na objekty s vysokou emisivitou.

S
Studený a horký bod
Jako „studený bod“ označujeme nejstudenější bod na snímané ploše, jako „horký bod“ se naopak označuje bod nejvíce horký. Pomocí funkce „automatické rozpoznání horkého a studeného bodu“ je možné nechat tyto dva body na teplotním snímku na displeji kamery zvýraznit. Tato funkce je k dispozici také ve většině vyhodnocovacích programů. Zde je možné tyto dva body zvýraznit i na volně definovaném rozsahu teplotního snímku.

Š
Šedé zářiče
Ideální černé těleso (ε = 1) v přírodě neexistuje, místo toho se vyskytují tzv. tělesa šedá (ε < 1) jako alternativa k černým tělesům. Mnoho stavebních a organických materiálů mohou být v úzkém spektrálním rozsahu považována za šedé zářiče. Závislost emisivity na vlnové délce záření je v tomto rozsahu zanedbatelná (v porovnání s „barevnými zářiči“). Spektrální citlivost většiny termokamer zaznamenává pouze malé spektrum z celého infračerveného spektra. To představuje přijatelnou chybu. Šedé zářiče v porovnání s černými nikdy neabsorbují 100% infračerveného záření. To je důvod, proč šedé zářiče vyzařují také méně záření.

T
Teplota rosného bodu / rosný bod
Teplota, při níž kondenzuje voda, obsažená ve vzduchu. Vzduch je při teplotě rosného bodu na 100 % nasycen vodní parou. Jakmile vzduch nedokáže kvůli nízké teplotě pojmout více vodní páry, začne docházet ke kondenzaci.
Teplota
Stavová veličina pro energii, obsaženou v tělese.
Termografie
Zobrazovací měřicí metoda, kterou je možné vizualizovat tepelné záření nebo rozložení teploty na povrchu objektů. Provádí se pomocí termokamery.
Termogram
Viz. „Teplotní snímek“
Teplotní snímek
Snímek, který zobrazuje pomocí různých barev rozložení teplo- ty na povrchu objektu. Snímání termosnímku se provádí pomocí termokamery.
Termokamera
Kamera, která dokáže měřit infračervené záření a naměřené signály převést na teplotní snímek. Pomocí termokamery je možné zobrazit rozložení teploty na povrchu, které není viditelné pro lidské oko. Typickou oblastí použití je termografie budov, elektro a průmyslová termografie.