Теорія термографії 1

Всі об'єкти, температура яких вище абсолютного нуля (0 К = -273.15 ° C), випромінюють інфрачервоні хвилі. Людське око не здатне побачити інфрачервоне випромінювання.

Ще в 1900-х років фізик Макс Планк довів наявність взаємозв'язку між температурою тіла і інтенсивністю вихідного від нього потоку інфрачервоного випромінювання.

Тепловізор вимірює інфрачервоне випромінювання в довгохвильовому діапазоні в межах поля огляду. Виходячи з цього, здійснюється розрахунок температури вимірюваного об'єкта. Фактори розрахунку випромінювальної здатності (# 949;) поверхні вимірюваного об'єкта і компенсації відображеної температура (КОТ = компенсація відбитої температури) - значення цих змінних можна вручну задати в тепловізорі.

Термографія (вимірювання температури за допомогою тепловізора) є пасивним, безконтактним методом вимірювання. ІЧ-Зображення відображає розподіл температури на поверхні об'єкта. Тому, за допомогою тепловізора ви не зможете "зазирнути" всередину об'єкта або побачити його наскрізь.

1.1 Випромінювання, відображення, пропускання.

Випромінювання, що реєструється тепловізором, складається з випромінюваного, відбитого і проходить довгохвильового інфрачервоного випромінювання, що виходить від об'єктів, розташованих в межах поля зору тепловізора.

Рис 1.1: Випромінювання, відображення і пропускання

Коефіцієнт випромінювання (# 949;)

Коефіцієнт випромінювання (# 949;) це ступінь здатності матеріалу випромінювати (виділяти) інфрачервоне випромінювання.

# 949; змінюється в залежності від властивостей поверхні, матеріалу, і у випадку з деякими матеріалами - від температури вимірюваного об'єкта.
Максимальна випромінювальна здатність: # 949; = 1 (т.100%).

# 949; = 1 в дійсності не зустрічається.

Живі тіла: # 949; <1, т. к. живые тела также отражают и по возможности пропускают излучение.
Багато неметалеві матеріали (наприклад, ПВХ, бетон, органічні речовини) мають високу випромінювальною здатністю в довгохвильовому інфрачервоному діапазоні, яка не залежить від температури (# 949; ≈ 0.8 до 0.95).
Метали, особливо матеріали з блискучою поверхнею, мають низьку випромінювальною здатністю, яка може змінюватися в залежності від температури.
коефіцієнт випромінювання # 949; можна вручну задати в тепловізорі.

Коефіцієнт відображення (# 961;)

Коефіцієнт відображення (# 961;) це ступінь здатності матеріалу відбивати інфрачервоне випромінювання.

# 961; залежить від властивостей поверхні, температури і типу матеріалу.
Як правило, гладкі, поліровані поверхні мають більшу відбивну здатність, ніж шорсткі, матові поверхні, виготовлені з одного і того ж матеріалу.
Компенсацію відбитої температури можна вручну налаштувати в тепловізорі (КОТ).
У багатьох областях застосуваннях відображена температура відповідає температурі навколишнього середовища. Ви можете виміряти її, наприклад, за допомогою повітряного термометра testo 810.
КОТ можна визначити за допомогою випромінювача Ламберта.
Кут відображення відбитого інфрачервоного випромінювання завжди збігається з кутом падіння.

Коефіцієнт пропускання (# 964;)

Коефіцієнт пропускання (# 964;) це ступінь здатності матеріалу пропускати (проводити через себе) інфрачервоне випромінювання.

# 964; залежить від типу і товщини матеріалу.
Більшість матеріалів є матеріалами не пропускає типу, тобто стійкими до довгохвильовому інфрачервоному випромінюванню.

Закон теплового випромінювання Кіргофа.

Інфрачервоне випромінювання, що реєструється тепловізором, складається з:

випромінювання, що випускається об'єктом вимірювання;
відбитого зовнішнього випромінювання і
пропущеного об'єктом вимірювання випромінювання.

Сума даних компонентів завжди приймається за 1 (або 100%):

Оскільки коефіцієнт пропускання рідко грає значну роль на практиці, # 964; опускається і формула

Для термографії це означає, що:

Чим нижче коефіцієнт випромінювання,

тим вище рівень відбитого інфрачервоного випромінювання,
тим складніше здійснити точне вимірювання температури і
тим важливішим стає правильна настройка компенсації відбитої температури (КОТ).

Взаємозв'язок між випромінюванням і віддзеркаленням.

1. Об'єкти вимірювання з високим коефіцієнтом випромінювання (# 949; ≥0.8):

мають низький коефіцієнт відображення (# 961;): = # 961; = 1 # 949 ;.
Температуру даних об'єктів можна дуже легко виміряти за допомогою тепловізора.

2. Об'єкти вимірювання із середнім коефіцієнтом випромінювання (0.8<ε<0.6):

мають середній коефіцієнт відображення (# 961;): # 961; = 1 # 949 ;.
Температуру даних об'єктів можна легко виміряти за допомогою тепловізора.

3. Об'єкти вимірювання з низьким коефіцієнтом випромінювання (# 949; ≤0.6)

мають високий коефіцієнт відбиття (r): r = 1 # 949 ;.
Вимірювання температури за допомогою тепловізора можливо, але вам необхідно дуже ретельно досліджувати отримані результати.
Вкрай важливо виконувати коректне налаштування компенсації відбитої температури (КОТ), оскільки це є одним з основних чинників при розрахунку температури.

Коректна настройка коефіцієнта випромінювання критично важлива при значній різниці між температурою об'єкта вимірювання і робочою температурою навколишнього середовища.

Коли температура вимірюваного об'єкта вище температури навколишнього середовища:
Надмірно високий коефіцієнт випромінювання призведе до завищених показаннями температури.
Надмірно низький коефіцієнт випромінювання призведе до заниженими показниками температури.
Коли температура вимірюваного об'єкта нижче температури навколишнього середовища:
Надмірно високий коефіцієнт випромінювання призведе до заниженими показниками температури.
Надмірно низький коефіцієнт випромінювання призведе до завищених значень температури.

1.2 Точка вимірювання і відстань до вимірюваного об'єкта

Існують три змінних, які необхідно враховувати при визначенні оптимального відстані до вимірюваного об'єкта і максимального видимого і вимірюваного об'єкта:

поле зору (FOV);
найменший видимий об'єкт (IFOVgeo) і
найменший вимірюваний об'єкт / вимірювана точка (IFOVmeas).

Мал. 1.2: Вплив некоректного налаштування коефіцієнта випромінювання на результати вимірювання температури

Зверніть увагу: чим більша різниця між температурою вимірюваного об'єкта і температурою навколишнього середовища і чим нижче коефіцієнт випромінювання, тим більше ймовірне виникнення помилок. Кількість таких помилок збільшується, якщо коефіцієнт випромінювання заданий невірно.

За допомогою тепловізора ви можете виміряти тільки температуру поверхонь; використовуючи даний прилад, неможливо заглянути всередину об'єкта або побачити крізь нього.
Незважаючи на те, що багато матеріалів, наприклад, скло здаються нам прозорими, вони проявляють себе як матеріали не пропускає типу, тобто стійкі до довгохвильовому інфрачервоному випромінюванню матеріали
При необхідності зніміть з вимірюваного об'єкта чохол / упаковку, тому що при наявності останніх тепловізор виміряє поверхневу температуру чохла / упаковки.

Завжди дотримуйтесь вказівок по експлуатації щодо вимірюваного об'єкта!

Деякі пропускають матеріали містять, наприклад, тонкий пластик або германій - матеріал, з якого виготовлений об'єктив і захисний фільтр для об'єктива тепловізора Testo.
Якщо компоненти, розташовані під поверхнею, впливають на розподіл температури по поверхні вимірюваного об'єкта через провідність, структуру внутрішнього дизайну об'єкта вимірювання часто можна розглянути на отриманому ІК-зображенні / термограмме. Проте, тепловізор може вимірювати тільки поверхневу температуру. Точне визначення значень температури внутрішніх елементів об'єкта за допомогою тепловізора здійснити неможливо.

Мал. 1.3: Поле зору тепловізора

Поле зору (FOV) тепловізора є область, видиму тепловізором. Розміри даної площі визначаються об'єктивом, використовуваним з тепловізором. Більш того, вам необхідно знати технічні характеристики найменшого видимого об'єкта (IFOVgeo) вашого тепловізора. За допомогою цього визначається розмір пікселя в залежності від расстоянія.С просторовим дозволом об'єктива 3,5 мрад і відстанню до вимірюваного об'єкта 1 м. Найменший видимий об'єкт (IFOVgeo) має сторону пікселя дорівнює 3,5 мм і відображається на дисплеї в якості 1-го пікселя. Для отримання точних результатів вимірювання вимірюваний об'єкт повинен бути в 2-3 рази більше найменшого видимого об'єкта (IFOVgeo). Отже, наступний наближений підрахунок застосовується до найменшого измеряемому об'єкту (IFOVmeas):

IFOVmeas ≈ 3x IFOVgeo

Для збільшення поля зору слід використовувати ширококутний об'єктив.