Thermografie / infrarood temperatuurmeting: theorie en praktijk

Contactloze temperatuurmeting met een warmtebeeldcamera is essentieel voor veel toepassingen. Als u een paar basisregels volgt, kunt u infraroodmeting nu effectiever gebruiken. Lees meer over de belangrijkste theoretische grondslagen van thermografie. En geniet van handige tips voor uw dagelijkse werk met de warmtebeeldcamera.

Meetobject

1. Materiaal en emissiegraad

Een thermische camera meet infraroodstraling met een lange golflengte die door een object wordt uitgezonden. De intensiteit van de uitgezonden infraroodstraling (door het object zelf) hangt af van het oppervlak van het materiaal.

Opmerking: elk oppervlak heeft een specifiek emissievermogen.

2. Kleur

De kleur van het oppervlak heeft geen significante invloed op de langgolvige infraroodstraling die door het meetobject wordt uitgezonden. Het is de temperatuur die doorslaggevend is. Een zwart gelakte radiator zendt bijvoorbeeld infraroodstraling uit met een lange golflengte die identiek is aan een wit gelakte radiator bij dezelfde temperatuur.

Let op: De kleur van een ondergrond speelt nauwelijks een rol.

3. Het oppervlak van het meetobject

De eigenschappen van het oppervlak van het gemeten object spelen een doorslaggevende rol bij thermografie. Dit komt doordat het emissievermogen van het oppervlak verandert afhankelijk van de structuur van het oppervlak, vervuiling en coating.

• Oppervlaktestructuur

Gladde, glanzende, reflecterende en / of gepolijste oppervlakken hebben doorgaans een iets lagere emissiviteit dan matte, gestructureerde, ruwe, verweerde en / of gekraste oppervlakken van hetzelfde materiaal.

Let op: Let bij metingen op gladde oppervlakken vooral op de aanwezigheid van mogelijke stralingsbronnen in de omgeving (bijv. Zon, kachels etc.).

• Vocht, sneeuw, rijp op het oppervlak

Water, sneeuw en vorst hebben een relatief hoog emissievermogen (circa 0,85

Opmerking: Vermijd indien mogelijk metingen op vochtige oppervlakken of oppervlakken bedekt met sneeuw of vorst.

• Verontreiniging en vreemde voorwerpen op het oppervlak

Vuil of vreemde voorwerpen, zoals stof, roet of smeerolie, op het oppervlak van het te meten object verhogen over het algemeen de emissiviteit van het oppervlak. Daarom is het meten van vuile voorwerpen meestal geen probleem. Uw warmtebeeldcamera meet echter nog steeds de temperatuur van het oppervlak, d.w.z. die van het vuil en niet de precieze temperatuur van het oppervlak van het object eronder.

Opmerking: Vermijd metingen op oppervlakken met deeltjes op het oppervlak (temperaturen vervormd door luchtbellen).

Meetomgeving

1. Omgevingstemperatuur

Om ervoor te zorgen dat uw warmtebeeldcamera de oppervlaktetemperatuur correct meet, moet naast de emissiviteitsinstelling (ε) ook rekening worden gehouden met de gereflecteerde temperatuur (RTC).

Bij veel meettoepassingen komt de gereflecteerde temperatuur overeen met de omgevingstemperatuur.

Een nauwkeurige afstelling van het emissievermogen is belangrijk wanneer de temperatuurverschillen tussen het gemeten object en de meetomgeving groot zijn.

2. Straling en parasitaire bronnen

Elk object waarvan de temperatuur het absolute nulpunt (0 Kelvin = 273,15 ° C) overschrijdt, zendt infraroodstraling uit. Objecten met een groot temperatuurverschil met de temperatuur van het meetobject kunnen door hun eigen straling invloed hebben op infraroodmetingen. Dergelijke interferentie moet, indien mogelijk, worden vermeden of gestopt.

Isoleer storingsbronnen, bijv. Met canvas of karton.

De gereflecteerde straling meet je bijvoorbeeld met een Lambertiaanse reflector in combinatie met je warmtebeeldcamera.

3. Weersomstandigheden

• Wolken

Een zeer bewolkte hemel biedt de ideale omstandigheden voor infraroodmetingen buitenshuis. Reden: Het meetobject is beschermd tegen zonnestraling en "koude luchtstraling".

• Neerslag

Water, ijs en sneeuw hebben een hoge emissiviteit en zijn ondoordringbaar voor infraroodstraling. Het meten van vochtige objecten kan ook meetfouten veroorzaken doordat het oppervlak van het meetobject door verdamping afkoelt.

Opmerking: zware neerslag (regen, sneeuw) kan de meetresultaten verstoren.

4. Lucht / luchtvochtigheid

Wanneer de lens (of het beschermende glas) van de warmtebeeldcamera beslagen raakt door een hoge relatieve vochtigheid in de lucht, kan niet alle infraroodstraling worden ontvangen. Het water voorkomt dat alle straling de lens van de infraroodcamera bereikt. Zeer dichte mist kan ook de meting beïnvloeden; in feite laten de waterdruppels in de transmissielijn minder infraroodstralen door.

Opmerking: let op een lage relatieve vochtigheid van de lucht in de meetomgeving. Hiermee wordt condensatie in de lucht (mist), op het te meten object, op het beschermglas of de lens van de warmtebeeldcamera voorkomen.

• Luchtstromingen

Door warmte-uitwisseling (convectie) heeft de lucht nabij het oppervlak dezelfde temperatuur als het te meten object. De wind of de luchtstromen "verplaatsen" deze luchtlaag en op deze plek wordt een nieuwe luchtlaag aangetroffen, die niet is aangepast aan de temperatuur van het gemeten object. Convectie absorbeert warmte van hete meetobjecten en levert warmte aan koude meetobjecten totdat de luchttemperatuur en die van het oppervlak van het meetobject zijn geharmoniseerd. Dit warmte-uitwisselingseffect neemt toe als functie van het temperatuurverschil tussen het oppervlak van het meetobject en de omgevingstemperatuur.

Let op: Wind- of luchtstromen in de ruimte kunnen de temperatuurmeting met een thermische camera beïnvloeden.

• Atmosferische vervuiling

Sommige zwevende stoffen zoals stof, roet, rook en sommige dampen hebben een hoge emissiviteit en een lage transmissie. Dit betekent dat ze metingen kunnen verstoren doordat ze zelf infraroodstraling uitzenden, die ook door de thermische camera wordt waargenomen. Bovendien kan de infrarode straling van het gemeten object slechts gedeeltelijk doordringen tot de thermische camera, omdat deze wordt verspreid en geabsorbeerd door de zwevende materie.

5. Licht

Licht of verlichting speelt geen belangrijke rol bij het meten met een warmtebeeldcamera. Metingen kunnen ook in het donker worden uitgevoerd, omdat thermische camera's infraroodstraling met lange golflengte meten. Sommige lichtbronnen zenden echter zelf infrarood warmtestraling uit en kunnen daardoor de temperatuur van objecten in hun omgeving beïnvloeden.

Voer daarom geen metingen uit in direct zonlicht of in de buurt van een hete bol.

Koude lichtbronnen, zoals LED's of neonbuizen, zijn niet kritisch: ze zetten de meeste gebruikte energie om in zichtbaar licht, niet in infraroodstraling.

Bijzonderheden van thermografische metingen buitenshuis

Infraroodstraling van een heldere hemel wordt in de volksmond "koude luchtstraling" genoemd. Als de lucht helder is, worden de straling van de koude lucht (~ -50… -60 ° C) en de straling van de hete zon (~ 5500 ° C) gedurende de dag weerkaatst. Het oppervlak van de lucht is groter dan dat van de zon; de gereflecteerde temperatuur is daarom vaak lager dan 0 ° C tijdens thermografische metingen buitenshuis, zelfs als de zon schijnt. In de zon worden objecten warm door absorptie van zonnestraling. Dit heeft duidelijk invloed op de oppervlaktetemperatuur - tot enkele uren na zonnestraling.

Tips en trucs voor thermografische metingen buitenshuis

• Meet vroeg in de ochtend en / of wanneer de lucht erg bewolkt is. Voorkom echter regen of sneeuw. Mist of harde wind zijn ook ongunstig.
• Verander uw positie tijdens het meten om reflecties te identificeren. De reflecties bewegen, de thermische eigenaardigheden van het meetobject blijven op dezelfde plaats - ook als de kijkhoek verandert.
• Vermijd metingen in de buurt van zeer hete of zeer koude voorwerpen of isoleer deze.
• Vermijd direct zonlicht, zelfs een paar uur voor de meting. Bekijk ook de bewolking enkele uren voor de meting.
• Voer geen metingen uit als vocht in de lucht op de warmtebeeldcamera condenseert.
• Voer geen metingen uit als de lucht sterk vervuild is (bijv. Als er net stof is opgeheven).

Theoretische basis van thermografie

Leer meer over de fysieke basis van thermografie in onze compacte tutorial. Deze kennis geeft u een voorsprong, bijvoorbeeld bij het correct instellen van de emissiviteit voor elk oppervlak.

Elk object waarvan de temperatuur het absolute nulpunt (0 Kelvin = -273,15 ° C) overschrijdt, zendt infraroodstraling (IR-straling) uit. Het menselijk oog kan het echter niet zien, omdat het bij dit golflengtebereik bijna blind is. Dit is niet het geval bij een thermische camera. Zijn hart, de infrarooddetector, is gevoelig voor IR-stralen. Afhankelijk van de intensiteit van de IR-stralen, bepaalt het de temperatuur aan het oppervlak van het object en maakt het zichtbaar voor het menselijk oog dankzij een warmtebeeld. Dit proces heet thermografie.

Om de IR-stralen zichtbaar te maken, neemt de detector ze op, zet ze om in elektrische signalen, wijst vervolgens een gedefinieerde kleur toe aan elk signaal en geeft deze weer op het thermische camerascherm. In feite vertalen thermische camera's de golflengten van het infraroodspectrum in golflengten die waarneembaar zijn voor het menselijk oog (kleuren).

In tegenstelling tot een relatief wijdverbreide misvatting, laten warmtebeeldcamera's ons niet toe om in objecten te kijken, maar alleen om hun oppervlaktetemperatuur te identificeren.

Emissiviteit, reflexiviteit, transmissiviteit

Het is handig om deze termen te kennen, zodat u een warmtebeeldcamera als een effectief hulpmiddel kunt gebruiken.

De straling die door een thermische camera wordt geregistreerd, bestaat uit de emissie, transmissie en reflectie van infraroodstraling die wordt uitgezonden door objecten binnen het gezichtsveld van de thermische camera.

Doorlaatbaarheid (t)

Doorlaatbaarheid beschrijft het vermogen van een materiaal om IR-stralen door te laten (door te geven). Een dunne plastic film heeft bijvoorbeeld een zeer hoge doorlaatbaarheid. Als we dus de temperatuur willen meten van een dunne plastic folie die met een thermische camera voor een muur hangt, dan meten we niet de temperatuur van de folie, maar die van de muur. De meeste materialen laten geen IR-stralen door, dus de doorlaatbaarheid van een materiaal is meestal bijna 0 en kan daarom worden verwaarloosd.

Emissiviteit (ε)

Emissie is het vermogen van een materiaal om IR-stralen uit te zenden. Deze capaciteit wordt aangegeven door de emissiviteit. Dit hangt onder meer af van het materiaal zelf en de eigenschappen van het oppervlak. De zon heeft bijvoorbeeld een emissiviteit van 100 %. Deze waarde wordt echter nooit dagelijks gevonden. Beton heeft nog steeds een emissiviteit van 93 %. Dit betekent dat 93% van IR-straling wordt uitgezonden door het beton zelf.

Reflexiviteit (ρ)

De 7 % die ontbreken zijn reflecties van de omgeving van het materiaal / object dat wordt gemeten, d.w.z. de temperatuur gereflecteerd op het object. Zowel de emissiviteit als de gereflecteerde temperatuur kunnen worden aangepast in warmtebeeldcamera's om een zo nauwkeurig mogelijk warmtebeeld te verkrijgen.

De relatie tussen emissie en reflectie

• Meetobjecten met een hoge emissiviteit (ε ≥ 0,8):

hebben een laag reflectievermogen (ρ): ρ = 1 - ε

maken zeer betrouwbare metingen van hun temperatuur mogelijk door middel van een thermische camera

• Meetobjecten met een gemiddelde emissiviteit (0,6

hebben een gemiddeld reflectievermogen (ρ): ρ = 1 - ε

maken betrouwbare metingen van hun temperatuur mogelijk door middel van een thermische camera

• Meetobjecten met lage emissiviteit (ε ≤ 0,6):

hebben een hoge reflectiviteit (ρ): ρ = 1 - ε

temperatuurmetingen met een warmtebeeldcamera toestaan, maar de resultaten moeten kritisch worden geanalyseerd

vereisen een juiste afstelling van de gereflecteerde temperatuurcompensatie, aangezien dit in grote mate bijdraagt aan de temperatuurberekening

Emissiviteit aanpassing

Elk materiaal heeft een andere emissiviteit. Om optimale warmtebeelden te verkrijgen, moet de emissiviteit op de camera worden aangepast.

Een correcte aanpassing van het emissievermogen is vooral belangrijk wanneer de temperatuurverschillen tussen het gemeten object en de meetomgeving groot zijn.

• Als het te meten object een temperatuur heeft die hoger is dan de omgevingstemperatuur:

een te hoog ingestelde emissiviteit zal ertoe leiden dat te lage temperaturen in het warmtebeeld worden weergegeven.

een te laag ingestelde emissiviteit zal ertoe leiden dat te hoge temperaturen op het warmtebeeld worden weergegeven.

• Als het te meten object een temperatuur heeft die lager is dan de omgevingstemperatuur:

een te hoog ingestelde emissiviteit zal ertoe leiden dat te hoge temperaturen in het warmtebeeld worden weergegeven.

een te laag ingestelde emissiviteit zal resulteren in de weergave van te lage temperaturen in het warmtebeeld.

Advies over emissiegraad

• Hoe groter het verschil tussen de temperatuur van het meetobject en de omgevingstemperatuur en hoe lager het emissievermogen, hoe groter de meetfouten. Deze fouten worden versterkt wanneer het emissievermogen slecht wordt aangepast.
• Veel materialen die doorzichtig zijn voor het menselijk oog, zoals glas, zijn niet doorlaatbaar voor infraroodstralen met lange golflengte.
• Materialen met een lage doorlaatbaarheid zijn bijvoorbeeld dunne plastic films en germanium, het materiaal waaruit de lenzen en het beschermglas van Testo warmtebeeldcamera's zijn gemaakt.
• Verwijder eventueel afdekkingen van het meetobject; anders meet de thermische camera alleen de temperatuur aan het oppervlak van de hoes.
• Volg altijd de gebruiksaanwijzing van het meetobject.
• Wanneer elementen onder het oppervlak door geleiding de temperatuurverdeling aan het oppervlak van het meetobject beïnvloeden, is het vaak mogelijk om de interne structuren van het meetobject op het warmtebeeld te identificeren. De warmtebeeldcamera meet echter alleen de oppervlaktetemperatuur. Het is daarom niet mogelijk om precieze conclusies te trekken over de temperatuurwaarden van de elementen in het meetobject.

Gezichtsveld en meetvlek

Fundamentele informatie om de technische eigenschappen van een thermische camera te kunnen beoordelen.

Het gezichtsveld (FOV)

Het gezichtsveld (ook wel "gezichtsveld" of "FOV" genoemd) beschrijft het oppervlak dat zichtbaar is met een thermische camera. Dit hangt af van de gebruikte lens. Een groothoeklens biedt een groot gezichtsveld, een telelens biedt een goede ruimtelijke resolutie. Hoe groter het gezichtsveld, hoe groter het gebied dat u kunt zien. Een breed gezichtsveld (> 30 °) is vooral interessant wanneer u uw thermische camera binnenshuis gebruikt; dit komt doordat muren je vaak niet ver genoeg van het meetobject laten bewegen om meer te zien.

Het kleinste meetbare object / de meetvlek (IFOVmeas)

Kleinste meetbare object beschrijft het kleinste object dat niet alleen wordt gedetecteerd, maar waarvan de temperatuur ook betrouwbaar kan worden gemeten. Wanneer de ruimtelijke resolutie van het objectief 3,5 mrad is en de meetafstand 1 m, heeft het kleinste detecteerbare object 3,5 mm zijden en wordt het onderaan als een pixel weergegeven. 'scherm. Om nauwkeurige metingen te krijgen, moet het te meten object 2-3 keer groter zijn dan het kleinste detecteerbare object. Voor het kleinste meetbare object (IFOVmeas) geldt daarom de volgende regel: IFOVmeas ≈ 3 x IFOVgeo

Kleinste detecteerbare object (IFOVgeo)

Het kleinste detecteerbare object is de kleinste dimensie die kan worden geïdentificeerd door een pixel. Een pixel is een element op de detector van de thermische camera dat IR-stralen registreert en omzet in elektrische signalen. Elke pixel komt overeen met een meetwaarde.

De emissiviteiten van de meest voorkomende materialen

De volgende tabel dient als referentie voor het aanpassen van de emissiviteit bij thermografie. Het geeft de emissiviteit ε aan voor enkele veelvoorkomende materialen. Omdat het emissievermogen varieert naargelang de temperatuur en de eigenschappen van de oppervlakken, kunnen de hier vermelde waarden alleen als referentiewaarden worden beschouwd. Om de absolute temperatuurwaarde te meten, moet de emissiviteit van het materiaal nauwkeurig worden bepaald.

Materiaal- en materiaaltemperatuur Emissiviteit

Aluminium, gelamineerd (170 ° C) 0,04

Aluminium, niet-geoxideerd (25 ° C) 0,02

Aluminium, niet-geoxideerd (100 ° C) 0,03

Aluminium, sterk geoxideerd (93 ° C) 0.2

Aluminium, extreem gepolijst (100 ° C) 0,09

Katoen (20 ° C) 0,77

Beton (25 ° C) 0.93

Lood (40 ° C) 0,43

Lood, geoxideerd (40 ° C) 0,43

Lood, grijs geoxideerd (40 ° C) 0.28

Chroom (40 ° C) 0,08

Chroom, gepolijst (150 ° C) 0,06

IJs, glad (0 ° C) 0.97

IJzer, amaril gepolijst (20 ° C) 0.24

IJzer met gietkorst (100 ° C) 0,8

IJzer met rolkorst (20 ° C) 0,77

Glas (90 ° C) 0.9

Pleister (20 ° C) 0.94

Graniet (20 ° C) 0,45

Rubber, hard (23 ° C) 0.94

Rubber, flexibel, grijs (23 ° C) 0,89

Gietijzer, geoxideerd (200 ° C) 0,64

Hout (70 ° C) 0.94

Kurk (20 ° C) 0,7

Koellichaam, zwart verzinkt (50 ° C) 0.98

Koper licht aangetast (20 ° C) 0,04

Koper, geoxideerd (130 ° C) 0,76

Koper, gepolijst (40 ° C) 0,03

Koper, gelamineerd (40 ° C) 0,64

Kunststoffen: PE, PP, PVC (20 ° C) 0.94

Vernis, blauw, op aluminiumfolie (40 ° C) 0,78

Vernis, zwart, mat (80 ° C) 0.97

Vernis, geel, 2 lagen, op aluminiumfolie (40 ° C) 0,79

Vernis, wit (90 ° C) 0,95

Marmer, wit (40 ° C) 0,95

Metselwerk (40 ° C) 0.93

Messing, geoxideerd (200 ° C) 0,61

Olieverf (alle kleuren) (90 ° C) 0.92-0.96

Papier (20 ° C) 0.97

Porselein (20 ° C) 0.92

Steengoed (40 ° C) 0,67

Staal, thermisch behandeld oppervlak (200 ° C) 0,52

Staal, geoxideerd (200 ° C) 0,79

Staal, koudgewalst (93 ° C) 0,75-0,85

Klei, gebakken (70 ° C) 0.91

Transformatorlak (70 ° C) 0.94

Baksteen, mortel, gips (20 ° C) 0.93

Zink, geoxideerd 0.1