1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

Átírás

1 1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió A hőkamera által észlelt hosszú hullámú sugárzás - amit a hőkamera a látómezejében érzékel - a felület emissziójának, reflexiójának és transzmissziójának függvénye. ε ρ τ 1.1. Ábra: Emisszió, reflexió és transzmisszió Emisszió (ε) Az emissziót az adott anyag infra sugárzás emittálási (kibocsátási) képességét az emissziós tényezővel (ε) jellemezzük. az ε függ a felület anyagától, kialakításától és a mérés tárgyának hőmérsékletétől. Maximum emissziós tényező: ε = 1 ( 100%) (ld. fekete test sugárzó című fejezetet a 40. oldalon). ε = 1 a valós körülmények között a gyakorlatban nem fordul elő. 6

2 Valós testek: ε < 1, mivel a valós testek a környezetükből a sugárzást visszaverik, egyes esetekben átengedik, elnyelik. A nem fémes anyagok általában (pl. PVC, beton, szerves anyagok) magas - a hőmérséklettől függetlenül - emissziós tényezővel rendelkezik (ε ) a hosszúhullámú infra tartományban. Fémek, különösen a fénylő, csillogó felületek, alacsony, és a hőmérséklettel együtt ingadozó ε tényezővel rendelkeznek. Az ε tényező manuálisan beállítható a hőkamerában és a szoftverében. Reflexió (ρ) A reflexió (ρ) a test a visszaverési képességét jellemzi. ρ függ a felület kialakításától, hőmérsékletétől és az anyagától. Egyazon anyag visszaverési képessége sima, polírozott felületkialakítás esetén magasabb, mint a durva, matt felülettel. A reflektált sugárzás hőmérséklete manuálisan beállítható a hőkamerában (RTC). Az RTC értéke számos mérési alkalmazás során megegyezik a környezeti hőmérséklet értékével, mely pl. a testo 110 levegő hőmérséklet mérővel mérhető. Az RTC az u.n. Lambert sugárzás alapján is megadható (ld. A reflektált hőmérséklet mérése (szimulált) Lambert sugárzóval című fejezetet a 27. oldalon). 7

3 A visszatükröződő infra sugárzás kilépési szöge mindig megegyezik a beesési szögével (ld. Tükörszerű reflexió című fejezetet a 31. oldalon). Transzmisszió (τ) A transzmisszió (τ) egy adott anyag infra sugárzás átengedési képességét jellemzi. τ függ az adott anyag fajtájától és vastagságától. A legtöbb anyag nem transzmisszív a hosszúhullámú infra sugárzás tekintetében, tehát nem engedi át a sugarakat. Kirchhoff sugárzási törvénye A hőkamera által látható infra sugárzás az alábbiakból áll: a mérés tárgyának emittált sugárzása; a környezeti sugárzás visszaverődése (reflektálás) és a mérendő felület sugárzásának transzmissziója. (ld. az 1.1 ábrát a 6. oldalon) Ezen paraméterek összege mindig 1-et ad ki ( 100%): ε + ρ + τ = 1 Mivel a gyakorlatban a transzmisszió (τ) ritkán fordul elő, elhanyagolható, így a képlet ε + ρ + τ = 1 egyszerűsödik a ε + ρ = 1. 8

4 A termográfia szempontjából ez az alábbiakat jelenti: Minél alacsonyabb az emisszió, annál magasabb a visszavert infra sugárzás mértéke, annál nehezebb pontos hőmérsékletmérést végezni és annál fontosabb a visszaverődött hőmérséklet (RTC) kompenzációjának korrekt beállítása. Az emisszió és a reflexió közti összefüggés 1. Magas emissziós tényezőjű (ε 0.8) testek esetén: alacsony reflexióval rendelkeznek (ρ): ρ = 1 - ε. hőmérsékletük igen jól mérhető hőkamerával. 2. Közepes emissziós tényezőjű (0.6 < ε < 0.8) testek esetén: közepes reflexióval rendelkeznek (ρ): ρ = 1 - ε. hőmérsékletük jól mérhető hőkamerával. 3. Alacsony emissziós tényezőjű (ε 0.6) testek esetén: magas reflexióval rendelkeznek (ρ): ρ = 1 - ε. hőmérsékletük mérhető hőkamerával, de az eredmények kiértékelése nagy precizitást igényel. elengedhetetlen a reflektált hőmérséklet (RTC) kompenzációjának korrekt beállítása, mivel jelentős befolyással bír a hőmérséklet számításában. Különösen akkor döntő jelentőségű az emissziós tényező megfelelő beállítása, amikor nagy a különbség a mérés tárgyának hőmérséklete és a környezet hőmérséklete között. 9

5 1. Amennyiben a mérendő tárgy hőmérséklete magasabb a környezeti hőmérsékletnél (ld. fűtőtest 1.2 ábra, 11. oldal): túl magasra beállított emissziós tényező túl alacsony hőmérséklet kijelzést eredményez (ld. 2. példa). túl alacsonyra beállított emissziós tényező pedig túl magas hőmérséklet kijelzéshez vezethet (ld. 1. példa). 2. Amennyiben a mérendő tárgy hőmérséklete alacsonyabb a környezeti hőmérsékletnél (ld. ajtó 1.2 ábra, 11. oldal): túl magasra beállított emissziós tényező túl magas hőmérséklet kijelzését eredményez (ld. 2. példa). túl alacsonyra beállított emissziós tényező pedig túl alacsony hőmérséklet kijelzéshez vezethet (ld. 1. példa). 10

6 65 ε= C 50 ε= C ε=0.7 ε= Ábra: A hibásan beállított emissziós tényező hatása a hőmérséklet mérésére 5 Vegye figyelembe: Minél nagyobb a különbség a mérés tárgyának hőmérséklete és a környezeti hőmérséklet között és minél kisebb az emissziós tényező, annál nagyobb lesz a mérési hiba. Ezek a hibák felerősödnek a hibásan beállított emissziós tényező esetén. 11

7 Tehát hőkamerával mindig csak a felületi hőmérsékletek mérhetők, nem lehet a testekbe bele- illetve átlátni. Sok, az emberi szem számára átlátszó tárgy - mint pl. az üveg - nem transzmisszív (áteresztő) a hosszúhullámú infra sugarak tekintetében (ld. Üveg felület mérése, 30. oldal). Szükség esetén távolítsa el a mérés tárgyán lévő borítást, burkolatot, mivel a hőkamera csak az első felület hőmérsékletét méri. Figyelem: Mindenkor ügyeljen a mérés tárgyával kapcsolatos előírások betartására! Kevés transzmisszív tulajdonságú anyag létezik ilyen pl. a vékony műanyag fólia vagy a germánium melyből a Testo hőkamerájának lencséje és védőüvege készül. Ezen anyagok átengedik a hosszú hullámú infra sugárzást. A felület alatt elhelyezkedő anyagok a hőátadás révén befolyásolják a mérendő tárgy felületének hőmérséklet eloszlását, gyakran felismerhető a hőképen a mérés tárgyának belső felépítése. Ettől függetlenül a hőkamera kizárólag a felületi hőmérsékletet méri. Nincs lehetőség a mérés tárgyán belüli/mögötti elemek hőmérséklet értékeinek meghatározására. 12

8 1.2 Mérőfolt és mérési távolság A megfelelő mérési távolság és a legnagyobb megjeleníthető, ill. mérhető felület meghatározásához három értéket kell figyelembe venni: a látómezőt (FOV); a legkisebb felismerhető felületet (IFOVgeo) és a legkisebb mérhető felületet (IFOVmeas). FOV 32 1 m 1.3. ábra: A hőkamera látómezeje 13

9 A hőkamera látómezeje (Field of View, FOV) a hőkamerával látható felület nagyságát adja meg (1.3. ábra, 13. oldal). Függ a használt objektív látószögétől (pl. 42 széles látószögű vagy 9 teleobjektív) a hőkamera felbontásától (pl.: 320 x 240 vagy SuperResolution funkcióval 640 x 480) és a felület távolságától. Nagy látómező biztosításához széles látószögű objektív szükséges. Fontos, hogy ismerje a saját hőkamerája legkisebb felismerhető tárgyra vonatkozó adatait (IFOVgeo). Ez mutatja meg egy pixel nagyságát a távolság függvényében. 3.5 mm 3.5 mrad IFOVgeo IFOVmért 1 m 1.4. ábra: Egyetlen pixel látómezeje 14

10 Az objektív 3,5 mrad értékű térbeli felbontása azt jelenti, hogy - 1 m mérési távolság esetén - a legkisebb felismerhető felület (IFOVgeo) élhossza 3,5 mm és ez egy pixelként fog megjelenni a kijelzőn. (ld. 1.4 ábra a 14. oldalon). A pontos mérés érdekében a mérés tárgyának kétszer vagy háromszor nagyobbnak kell lennie a legkisebb felismerhető felület értékénél (IFOVgeo). A legkisebb mérhető felületre (IFOVmért) tehát az alábbi tapasztalati szabály érvényes: IFOVmért 3 x IFOVgeo Jó térbeli felbontás elérése érdekében használjon teleobjektívet. A Testo FOV-kalkulátorával különböző távolságok esetében könnyen kiszámíthatja a FOV, IFOVmért és a IFOVgeo értékeket. 15