Termografía / medición de temperatura infrarroja: teoría y práctica

La medición de temperatura sin contacto con una cámara termográfica es esencial para muchas aplicaciones. Si sigue algunas reglas básicas, ahora puede utilizar la medición por infrarrojos de forma más eficaz. Conozca más sobre las bases teóricas más importantes de la termografía. Y disfrute de consejos útiles para su trabajo diario con la cámara termográfica.

Objeto de medición

1. Material y emisividad

Una cámara térmica mide la radiación infrarroja de longitud de onda larga emitida por un objeto. La intensidad de la radiación infrarroja emitida (por el propio objeto) depende de la superficie del material.

Nota: cada superficie tiene una emisividad específica.

2. Color

El color de la superficie no tiene una influencia significativa en la radiación infrarroja de longitud de onda larga emitida por el objeto de medición. Es la temperatura lo que es decisivo. Un radiador lacado en negro emite, por ejemplo, una radiación infrarroja de larga longitud de onda idéntica a un radiador lacado en blanco a la misma temperatura.

Nota: El color de una superficie apenas juega un papel.

3. La superficie del objeto de medición

Las propiedades de la superficie del objeto medido juegan un papel decisivo en la termografía. Esto se debe a que la emisividad de la superficie cambia según la estructura de la superficie, el ensuciamiento y el revestimiento.

• Estructura superficial

Las superficies lisas, brillantes, reflectantes y / o pulidas generalmente tienen una emisividad ligeramente más baja que las superficies mate, estructuradas, en bruto, desgastadas y / o rayadas del mismo material.

Nota: Preste especial atención a la presencia de posibles fuentes de radiación en el ambiente (por ejemplo, sol, calentadores, etc.) cuando realice mediciones en superficies lisas.

• Humedad, nieve, escarcha en la superficie.

El agua, la nieve y las heladas tienen una emisividad relativamente alta (aprox. 0,85

Nota: Si es posible, evite tomar medidas en superficies húmedas o cubiertas de nieve o escarcha.

• Contaminación y cuerpos extraños en la superficie

La suciedad u objetos extraños, como polvo, hollín o aceite lubricante, en la superficie del objeto que se mide generalmente aumentan la emisividad de la superficie. Por tanto, medir objetos sucios no suele ser un problema. Sin embargo, su cámara termográfica aún mide la temperatura de la superficie, es decir, la de la suciedad y no la temperatura precisa de la superficie del objeto que se mide debajo de ella.

Nota: Evite tomar medidas en superficies con partículas en la superficie (temperaturas distorsionadas por bolsas de aire).

Entorno de medición

1. Temperatura ambiente

Para que su cámara termográfica mida correctamente la temperatura de la superficie, se debe considerar la temperatura reflejada (RTC) además de la configuración de emisividad (ε).

En muchas aplicaciones de medición, la temperatura reflejada corresponde a la temperatura ambiente.

El ajuste preciso de la emisividad es importante cuando las diferencias de temperatura entre el objeto medido y el entorno de medición son grandes.

2. Radiación y fuentes parasitarias

Todo objeto cuya temperatura supera el cero absoluto (0 Kelvin = 273,15 ° C) emite radiación infrarroja. Los objetos con una gran diferencia de temperatura con respecto a la temperatura del objeto medido pueden influir en las mediciones de infrarrojos debido a su propia radiación. Si es posible, dicha interferencia debe evitarse o detenerse.

Aísle las fuentes de interferencia, por ejemplo, con lona o cartón.

Puede medir la radiación reflejada, por ejemplo, con un reflector lambertiano en combinación con su cámara termográfica.

3. Condiciones meteorológicas

• Nubes

Un cielo muy nublado proporciona las condiciones ideales para realizar mediciones infrarrojas en exteriores. Motivo: el objeto de medición está protegido contra la radiación solar y la "radiación del cielo frío".

• Precipitación

El agua, el hielo y la nieve tienen una alta emisividad y son impermeables a la radiación infrarroja. La medición de objetos húmedos también puede provocar errores de medición porque la superficie del objeto medido se enfría con la evaporación.

Nota: Las precipitaciones intensas (lluvia, nieve) pueden distorsionar los resultados de la medición.

4. Aire / humedad del aire

Cuando la lente (o el vidrio protector) de la cámara termográfica se empaña debido a la alta humedad relativa en el aire, no se puede recibir toda la radiación infrarroja. El agua evita que toda la radiación llegue a la lente de la cámara de infrarrojos. La niebla muy densa también puede influir en la medición; de hecho, las gotas de agua en la línea de transmisión permiten que pasen menos rayos infrarrojos.

Nota: Preste atención a la baja humedad relativa del aire en el entorno de medición. Esto evitará la condensación en el aire (niebla), en el objeto a medir, en el cristal protector o en la lente de la cámara termográfica.

• Corrientes de aire

Debido al intercambio de calor (convección), el aire cerca de la superficie tiene la misma temperatura que el objeto que se mide. El viento o las corrientes de aire "mueven" esta capa de aire y en este lugar se encuentra una nueva capa de aire, no adaptada a la temperatura del objeto medido. La convección absorbe el calor de los objetos de medición calientes y suministra calor a los objetos de medición fríos hasta que la temperatura del aire y la de la superficie del objeto de medición se han armonizado. Este efecto de intercambio de calor aumenta en función de la diferencia de temperatura entre la superficie del objeto de medición y la temperatura ambiente.

Nota: El viento o las corrientes de aire en la habitación pueden influir en la medición de la temperatura con una cámara térmica.

• Polución atmosférica

Algunas materias en suspensión, como el polvo, el hollín, el humo, así como algunos vapores, tienen alta emisividad y baja transmisividad. Esto significa que pueden interferir con las mediciones porque ellos mismos emiten radiación infrarroja, que también es percibida por la cámara térmica. Además, la radiación infrarroja del objeto medido solo puede penetrar parcialmente en la cámara térmica porque es dispersada y absorbida por la materia suspendida.

5. Luz

La luz o la iluminación no juegan un papel importante cuando se mide con una cámara termográfica. Las mediciones también se pueden realizar en la oscuridad porque las cámaras térmicas miden la radiación infrarroja de longitud de onda larga. Sin embargo, algunas fuentes de luz emiten por sí mismas radiación térmica infrarroja y, por tanto, pueden influir en la temperatura de los objetos de su entorno.

Por lo tanto, no tome medidas bajo la luz solar directa o cerca de una bombilla caliente.

Las fuentes de luz fría, como los LED o los tubos de neón, no son críticas: convierten la mayor parte de la energía utilizada en luz visible, no en radiación infrarroja.

Características especiales de las mediciones termográficas en exteriores

La radiación infrarroja de un cielo despejado se denomina, en el lenguaje común, "radiación del cielo frío". Cuando el cielo está despejado, la “radiación del cielo frío” (~ -50… -60 ° C) y la radiación del sol caliente (~ 5500 ° C) se reflejan durante todo el día. La superficie del cielo es mayor que la del sol; por lo tanto, la temperatura reflejada suele estar por debajo de 0 ° C durante las mediciones termográficas al aire libre, incluso cuando el sol brilla. En el sol, los objetos se calientan debido a la absorción de la radiación solar. Esto influye claramente en la temperatura de la superficie, hasta varias horas después de la radiación solar.

Consejos y trucos para realizar mediciones termográficas en exteriores

• Tome medidas temprano en la mañana y / o cuando el cielo esté muy nublado. Sin embargo, evite la lluvia o la nieve. La niebla o el viento fuerte también son desfavorables.
• Cambie su posición durante la medición para identificar reflejos. Los reflejos se mueven, las peculiaridades térmicas del objeto de medición permanecen en el mismo lugar, incluso si cambia el ángulo de visión.
• Evite las mediciones cerca de objetos muy calientes o muy fríos o aíslelos.
• Evite la luz solar directa, incluso unas horas antes de la medición. También observe la nubosidad unas horas antes de la medición.
• No tome medidas si la humedad del aire se condensa en la cámara termográfica.
• No realice mediciones cuando el aire esté muy contaminado (por ejemplo, cuando se acaba de levantar polvo).

Bases teóricas de la termografía

Obtenga más información sobre los conceptos básicos físicos de la termografía en nuestro tutorial compacto. Este conocimiento le dará una ventaja, por ejemplo, para establecer correctamente la emisividad para cada superficie.

Cada objeto cuya temperatura excede el cero absoluto (0 Kelvin = -273.15 ° C) emite radiación infrarroja (rayos IR). Sin embargo, el ojo humano no puede verlo porque está casi ciego en este rango de longitud de onda. Este no es el caso de una cámara térmica. Su corazón, el detector de infrarrojos es sensible a los rayos IR. Dependiendo de la intensidad de los rayos IR, determina la temperatura en la superficie del objeto y lo hace visible al ojo humano gracias a una imagen térmica. Este proceso se llama termografía.

Para hacer visibles los rayos IR, el detector los registra, los convierte en señales eléctricas, luego asigna un color definido a cada señal y lo muestra en la pantalla de la cámara térmica. Básicamente, las cámaras térmicas traducen las longitudes de onda del espectro infrarrojo en longitudes de onda perceptibles para el ojo humano (colores).

Contrariamente a una idea errónea relativamente extendida, las cámaras termográficas no nos permiten ver los objetos en el interior, sino solo identificar su temperatura superficial.

Emisividad, reflexividad, transmisividad

Es útil conocer estos términos para que pueda utilizar una cámara termográfica como una herramienta eficaz.

La radiación registrada por una cámara térmica consiste en la emisión, transmisión y reflexión de la radiación infrarroja emitida por objetos dentro del campo visual de la cámara térmica.

Transmisividad (t)

La transmitancia describe la capacidad de un material para pasar (transmitir) rayos IR. Una película de plástico delgada, por ejemplo, tiene una transmisividad muy alta. Entonces, si desea medir la temperatura de una película fina de plástico colgada frente a una pared con una cámara térmica, no mide la temperatura de la película, sino la de la pared. La mayoría de los materiales no pasan los rayos IR, por lo que la transmisividad de un material suele ser casi 0 y, por lo tanto, puede despreciarse.

Emisividad (ε)

La emisión es la capacidad de un material para emitir rayos IR. Esta capacidad está indicada por la emisividad. Esto depende, entre otras cosas, del material en sí y de las propiedades de su superficie. El sol, por ejemplo, tiene una emisividad de 100 %. Sin embargo, este valor nunca se encuentra a diario. El hormigón todavía tiene una emisividad de 93 %. Esto significa que 93% de radiación IR es emitida por el propio hormigón.

Reflexividad (ρ)

El 7 % lo que faltan son los reflejos del entorno del material / objeto que se está midiendo, es decir, la temperatura reflejada en el objeto. Tanto la emisividad como la temperatura reflejada se pueden ajustar en las cámaras termográficas para lograr la imagen térmica más precisa posible.

La relación entre emisión y reflexión.

• Medición de objetos con alta emisividad (ε ≥ 0.8):

tienen una reflectividad baja (ρ): ρ = 1 - ε

permiten mediciones muy fiables de su temperatura mediante una cámara térmica

• Objetos de medición con una emisividad media (0,6

tienen una reflectividad promedio (ρ): ρ = 1 - ε

permiten mediciones fiables de su temperatura mediante una cámara térmica

• Objetos de medición con baja emisividad (ε ≤ 0,6):

tienen una alta reflectividad (ρ): ρ = 1 - ε

Permitir mediciones de temperatura utilizando una cámara termográfica, pero sus resultados deben analizarse críticamente.

requieren un ajuste correcto de la compensación de temperatura reflejada, ya que esto contribuye en gran medida al cálculo de la temperatura

Ajuste de emisividad

Cada material tiene una emisividad diferente. Para obtener imágenes térmicas óptimas, la emisividad debe ajustarse en la cámara.

El ajuste correcto de la emisividad es especialmente importante cuando las diferencias de temperatura entre el objeto medido y el entorno de medición son grandes.

• Si el objeto a medir tiene una temperatura superior a la temperatura ambiente:

una emisividad demasiado alta dará lugar a que se muestren temperaturas demasiado bajas en la imagen térmica.

una emisividad demasiado baja dará como resultado que se muestren temperaturas demasiado altas en la imagen térmica.

• Si el objeto a medir tiene una temperatura por debajo de la temperatura ambiente:

una emisividad demasiado alta dará lugar a que se muestren temperaturas demasiado altas en la imagen térmica.

una emisividad demasiado baja dará como resultado la visualización de temperaturas demasiado bajas en la imagen térmica.

Asesoramiento en emisividad

• Cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura del objeto de medición y la temperatura ambiente y cuanto menor sea la emisividad, mayores serán los errores de medición. Estos errores se amplifican cuando la emisividad está mal ajustada.
• Muchos materiales transparentes para el ojo humano, como el vidrio, no son permeables a los rayos infrarrojos de longitud de onda larga.
• Los materiales con baja transmisividad incluyen, por ejemplo, películas delgadas de plástico y germanio, el material con el que se fabrican las lentes y el vidrio protector de las cámaras termográficas de Testo.
• Si es necesario, retire las cubiertas del objeto de medición; de lo contrario, la cámara térmica solo medirá la temperatura en la superficie de la cubierta.
• Observe siempre las instrucciones de uso del objeto de medición.
• Cuando los elementos debajo de la superficie influyen, por conducción, en la distribución de temperatura en la superficie del objeto de medición, a menudo es posible identificar las estructuras internas del objeto de medición en la imagen térmica. Sin embargo, la cámara termográfica solo mide la temperatura de la superficie. Por lo tanto, no es posible sacar conclusiones precisas sobre los valores de temperatura de los elementos dentro del objeto de medición.

Campo visual y punto de medición

Información fundamental para poder evaluar las propiedades técnicas de una cámara térmica.

El campo visual (FOV)

El campo visual (también llamado "campo de visión" o "FOV") describe la superficie visible con una cámara térmica. Depende de la lente utilizada. Una lente gran angular ofrece un gran campo de visión, una lente telefoto ofrece una buena resolución espacial. Cuanto mayor sea el campo visual, mayor será el área que puede ver. Un campo de visión amplio (> 30 °) es especialmente interesante cuando utiliza su cámara térmica en interiores; esto se debe a que las paredes a menudo no le permiten alejarse lo suficiente del objeto de medición para ver más.

El objeto medible más pequeño / El punto de medición (IFOVmeas)

El objeto medible más pequeño describe el objeto más pequeño que no solo se detecta, sino cuya temperatura se puede medir de manera confiable. Cuando la resolución espacial del objetivo es de 3,5 mrad y la distancia de medición es de 1 m, el objeto detectable más pequeño tiene lados de 3,5 mm y se muestra como un píxel en la parte inferior. 'pantalla. Para obtener mediciones precisas, el objeto a medir debe ser 2-3 veces más grande que el objeto detectable más pequeño. Por lo tanto, la siguiente regla se aplica al objeto medible más pequeño (IFOVmeas): IFOVmeas ≈ 3 x IFOVgeo

Objeto detectable más pequeño (IFOVgeo)

El objeto detectable más pequeño es la dimensión más pequeña que se puede identificar mediante un píxel. Un píxel es un elemento del detector de la cámara térmica que registra los rayos IR y los convierte en señales eléctricas. Cada píxel corresponde a un valor de medición.

Las emisividades de los materiales más comunes

La siguiente tabla sirve como referencia para ajustar la emisividad en termografía. Indica la emisividad ε de algunos materiales comunes. Dado que la emisividad varía según la temperatura y las propiedades de las superficies, los valores dados aquí solo pueden considerarse como valores de referencia. Para medir el valor absoluto de temperatura, la emisividad del material debe determinarse con precisión.

Material y temperatura del material Emisividad

Aluminio laminado (170 ° C) 0,04

Aluminio, sin oxidar (25 ° C) 0,02

Aluminio, sin oxidar (100 ° C) 0,03

Aluminio fuertemente oxidado (93 ° C) 0,2

Aluminio, extremadamente pulido (100 ° C) 0,09

Algodón (20 ° C) 0,77

Hormigón (25 ° C) 0,93

Plomo (40 ° C) 0,43

Plomo oxidado (40 ° C) 0,43

Plomo, gris oxidado (40 ° C) 0,28

Cromo (40 ° C) 0,08

Cromo, pulido (150 ° C) 0,06

Hielo, suave (0 ° C) 0,97

Hierro pulido con esmeril (20 ° C) 0,24

Hierro con corteza de colada (100 ° C) 0.8

Plancha con costra rodante (20 ° C) 0,77

Vidrio (90 ° C) 0,9

Yeso (20 ° C) 0,94

Granito (20 ° C) 0.45

Caucho, duro (23 ° C) 0,94

Caucho, flexible, gris (23 ° C) 0,89

Hierro fundido oxidado (200 ° C) 0,64

Madera (70 ° C) 0,94

Corcho (20 ° C) 0,7

Disipador de calor, galvanizado en negro (50 ° C) 0,98

Cobre ligeramente empañado (20 ° C) 0,04

Cobre oxidado (130 ° C) 0,76

Cobre, pulido (40 ° C) 0,03

Cobre laminado (40 ° C) 0,64

Plásticos: PE, PP, PVC (20 ° C) 0,94

Barniz, azul, sobre papel de aluminio (40 ° C) 0,78

Barniz, negro, mate (80 ° C) 0,97

Barniz, amarillo, 2 manos, sobre papel de aluminio (40 ° C) 0,79

Barniz, blanco (90 ° C) 0,95

Mármol, blanco (40 ° C) 0,95

Albañilería (40 ° C) 0,93

Latón oxidado (200 ° C) 0,61

Pinturas al óleo (todos los colores) (90 ° C) 0,92-0,96

Papel (20 ° C) 0,97

Porcelana (20 ° C) 0,92

Gres (40 ° C) 0,67

Acero, superficie tratada en caliente (200 ° C) 0,52

Acero oxidado (200 ° C) 0,79

Acero laminado en frío (93 ° C) 0,75-0,85

Arcilla cocida (70 ° C) 0,91

Barniz de transformador (70 ° C) 0,94

Ladrillo, mortero, yeso (20 ° C) 0,93

Zinc oxidado 0,1