FAKTAT LÄMPÖKUVAUS
Tietoa lämpökuvauksesta
Lämpökuvauksen ja päästökertoimen perusteet (ja miten se asetetaan), mittauksiin vaikuttavat tekijät, vinkkejä ulkolämpökuvaukseen ja päästökerrointaulukko.
Lämpökuvaus teoriassa.
Kaikki kohteet, joiden lämpötila on yli absoluuttisen nollapisteen (0 kelviniä = -273,15 °C), säteilevät infrapunasäteilyä. Ihmissilmä ei havaitse tällaista säteilyä, koska olemme suurelta osin sokeita tälle aallonpituudelle. Lämpökamera ei kuitenkaan ole. Kriittinen komponentti – ilmaisin – on herkkä IR-säteilylle. Mittaamalla IR-säteilyn voimakkuutta se määrittää mitattavan kohteen pinnan lämpötilan ja tekee sen ihmissilmälle näkyväksi lämpökuvan avulla. Tätä prosessia kutsutaan termografiaksi.
Jotta IR-säteily saadaan näkyviin, se havaitaan ilmaisimella ja muunnetaan sähköiseksi signaaliksi. Jokaiselle signaalille annetaan sitten tietty väri, joka näkyy lämpökameran näytöllä. Lämpökamera siis periaatteessa muuntaa infrapunaspektrin aallonpituudet ihmissilmälle näkyviksi aallonpituuksiksi (väreiksi).
Yleinen harhaluulo on, että lämpökameralla on mahdollista nähdä kohteiden sisälle. Näin ei ole, vaan ainoastaan pintalämpötila voidaan havaita.
Emissio, heijastus ja transmissio.
Lämpökameran tallentama IR-säteily koostuu emissiosta, transmissiosta ja heijastuksesta.
Päästö (ε)
Emissio on materiaalin kyky lähettää IR-säteilyä. Tämä kyky ilmaistaan emissiokertoimen avulla. Se riippuu muun muassa materiaalista itsestään ja pintarakenteesta. Esimerkiksi auringon emissiokerroin on 100 %. Tätä arvoa ei esiinny muualla. Sen sijaan betoni on lähellä, sillä sen päästökerroin on 93 %. Tämä tarkoittaa, että 93 % IR-säteilystä säteilee betoni itse.
Heijastus (ρ)
Loput 7 % ovat materiaalista/esineestä peräisin olevia heijastuksia, eli esineestä heijastunut lämpötila. Lämpökamerassa on mahdollista määrittää emissiokerroin ja heijastunut lämpötila, jotta lämpökuvasta saadaan mahdollisimman tarkka.
Siirto (tonnia)
Läpäisevyys on materiaalin kyky päästää IR-säteilyä sen läpi (läpäisevyys). Se, mikä silmälle näyttää läpinäkyvältä, ei aina ole läpinäkyvä IR-säteilylle. Esimerkiksi ikkunalasi on lähes täysin läpinäkymätön infrapunasäteilylle, kun taas jotkut ohuet muovimateriaalit, jotka ovat silmälle täysin läpinäkymättömiä, voivat olla lähes täysin läpinäkyviä infrapunasäteilylle. Useimmat materiaalit eivät kuitenkaan läpäise IR-säteilyä, joten läpäisevyys on useimmissa tapauksissa lähes nolla, joten se voidaan jättää huomiotta.
Päästön ja heijastuksen välinen suhde
1. kohteet, joiden päästökerroin on korkea (ε ≥ 0,8):
- Heijastavuus (ρ) on alhainen: ρ = 1 – ε
- Tällaisten kohteiden lämpötila voidaan mitata hyvin helposti lämpökameralla.
2. Keskimääräinen päästökerroin (0,8 < ε < 0,6):
- Keskimääräinen heijastuskyky (ρ): ρ = 1 – ε
- Tällaisten kohteiden lämpötila voidaan helposti mitata lämpökameralla.
3. alhaisen päästökertoimen tavoitteet (ε ≤ 0,6).
- Korkea heijastuskyky (ρ): ρ = 1 – ε
- Lämpötilan mittaaminen lämpökameralla on mahdollista, mutta mittaustulokset on tutkittava hyvin huolellisesti ja varmistettava, että käytetään oikeaa päästökerrointa.
Päästökertoimen asettaminen.
Päästökertoimen oikean asetuksen tarkistaminen on erityisen tärkeää silloin, kun mittauskohteen ja ympäristön lämpötilaero on suuri.
Kun mitattavan kohteen lämpötila on korkeampi kuin ympäristön lämpötila:
- Liian korkeaksi asetettu päästökerroin johtaa liian alhaisiin lämpötiloihin lämpökuvassa.
- Liian alhaiseksi asetettu päästökerroin johtaa liian korkeisiin lämpötiloihin lämpökuvassa.
Kun mitattavan kohteen lämpötila on alhaisempi kuin ympäristön lämpötila.
- Liian korkeaksi asetettu päästökerroin johtaa liian korkeisiin lämpötiloihin lämpökuvassa.
- Liian alhaiseksi asetettu päästökerroin johtaa liian alhaisiin lämpötiloihin lämpökuvassa.
Vinkkejä päästökertoimesta.
- Mitä suurempi on mittauskohteen lämpötilan ja ympäristön lämpötilan välinen ero ja mitä pienempi on päästökerroin, sitä suuremmat ovat mittausvirheet. Nämä virheet ovat vielä suurempia, jos päästökerroin on asetettu väärin.
- Monet ihmisen silmälle läpinäkyvät materiaalit (kuten lasi) eivät läpäise infrapunasäteilyä.
- Saatavilla on vain vähän läpäiseviä materiaaleja, kuten ohuita muoveja ja germaniumia, josta Teston lämpökameran linssi ja suojalasi on valmistettu.
- Poista tarvittaessa kaikki mittauskohdetta peittävä materiaali, sillä muuten lämpökamera mittaa vain peittävän materiaalin pintalämpötilan.
- Ota aina huomioon mittauskohteen käyttöolosuhteet.
- Jos maanalaiset piirteet vaikuttavat kohteen pinnan lämpötilajakaumaan lämmön johtumisen kautta, lämpökuvasta voidaan usein tunnistaa sisäisiä rakenteita. Lämpökameralla ei kuitenkaan koskaan mitata muuta kuin pintalämpötiloja. Sen vuoksi ei ole mahdollista tehdä johtopäätöksiä mitatun kohteen sisäisistä lämpötila-arvoista.
Näkökenttä, pienin mitattava kohde ja mittauspiste.
Vinkkejä päästökertoimesta
Näkökenttä (FOV) kuvaa lämpökameran näkyvissä olevaa aluetta. Se riippuu käytetystä optiikasta. Laajakulmaobjektiivit soveltuvat suuriin näkökenttiin, teleobjektiivit hyvään alueelliseen erotuskykyyn. Mitä suurempi näkökenttä, sitä enemmän näkyy. Laaja näkökenttä (> 30°) on erityisen hyödyllinen sisätiloissa, sillä seinät rajoittavat mahdollisuuksia seistä kauempana mittauskohteesta lämpökameran kanssa, jotta näkisi enemmän.
Pienin mitattava kohde / mittauspiste (IFOVmeas)
Pienin mitattavissa oleva kohde kuvaa pienintä kohdetta, joka voidaan paitsi tunnistaa, myös mitata tarkasti. Kun linssin avaruudellinen erottelukyky on 3,5 mrad ja mittausetäisyys 1 m, pienimmän mitattavan kohteen reunan pituus on 3,5 mm ja se näkyy näytössä pikselinä. Tarkkaa mittausta varten mittauskohteen tulisi olla 2-3 kertaa korkeampi kuin pienin mitattava kohde. Nyrkkisääntönä pienimmän mitattavan kohteen (IFOVmeas) osalta: IFOVmeas ≈ 3 x IFOVgeo.
Pienin tunnistettava kohde (IFOVgeo)
Pienin tunnistettava kohde on pienin ulottuvuus, joka voidaan tunnistaa pikselin avulla. Pikseli on lämpökameran ilmaisimen elementti, joka tallentaa IR-säteilyä ja muuntaa sen sähköisiksi signaaleiksi. Jokainen pikseli vastaa mittausarvoa.
Lämpökuvaus käytännössä.
Kosketukseton lämpötilan mittaus lämpökameralla on välttämätöntä monissa sovelluksissa. Jos noudatat muutamia perussääntöjä, voit käyttää infrapunamittausta tästä lähtien entistä tehokkaammin.
- Lue lisää lämpökuvauksen tärkeimmistä teoreettisista periaatteista.
- Saat arvokkaita vinkkejä päivittäiseen työhösi lämpökameran avulla.
Mittauksen kohde.
1. materiaali ja päästökerroin
Lämpökamera mittaa minkä tahansa kohteen lähettämää pitkäaaltoista IR-säteilyä. Mitattavan kohteen lähettämän IR-säteilyn määrä riippuu materiaalin pinnasta.
HUOM! Jokaisella pinnalla on oma päästökerroin.
2. väri
Pinnan värillä ei ole merkittävää vaikutusta kohteen lähettämään pitkän aallon IR-säteilyyn. Ratkaiseva tekijä on lämpötila. Esimerkiksi mustalla päällystetty lämmityselementti säteilee täsmälleen saman verran pitkäaaltoista IR-säteilyä kuin valkoisella päällystetty lämmityselementti samassa lämpötilassa.
HUOM! Pinnan värillä ei ole juuri merkitystä.
3. Kohteen pinta
Lämpökuvauksessa mitattavan kohteen pintarakenteella on ratkaiseva merkitys. Pinnan emissiokerroin vaihtelee pinnan rakenteen mukaan. Myös pinnoitteilla ja lialla on merkitystä.
Pintarakenne
Pääsääntöisesti päästökerroin sileillä, kiiltävillä, heijastavilla ja/tai kiillotetuilla pinnoilla on hieman alhaisempi kuin teksturoiduilla tai mattapintaisilla, karheilla, sään vaikutuksesta kuluneilla ja/tai naarmuuntuneilla pinnoilla, vaikka materiaali olisikin sama.
HUOMIO! Kun mittauksia tehdään sileiltä pinnoilta, on kiinnitettävä erityistä huomiota siihen, että ympäristössä on muita säteilylähteitä (esim. auringonvalo, lämmityselementit jne.).
Kosteus, lumi ja huurre pinnalla.
Veden, lumen ja pakkasen päästökertoimet ovat suhteellisen korkeat (noin 0,85 < ε < 0,96). Siksi mittaaminen tällaisilla pinnoilla ei yleensä ole ongelma. On kuitenkin muistettava, että tällaiset luonnolliset pinnoitteet voivat häiritä mittauskohteen lämpötilaa. Tämä johtuu siitä, että kosteus jäähdyttää kohteen pintaa haihtuessaan ja lumella on hyvät eristysominaisuudet. Huurre ei yleensä muodosta tiivistä pintaa. Siksi mittauksissa on otettava huomioon sekä huurteen että sen alla olevan pinnan päästökerroin.
HUOM! Jos mahdollista, vältä mittaamista märillä, lumen tai pakkasen peittämillä pinnoilla.
Lika ja vieraat esineet pinnalla
Pinnalla oleva lika ja vieraat esineet, kuten pöly, noki tai voiteluaineet, lisäävät yleensä päästökerrointa. Siksi mittaaminen likaisista kohteista ei yleensä ole ongelma. Lämpökamera mittaa kuitenkin aina pintalämpötilan eli lian eikä mittauskohteen alapinnan tarkkaa lämpötilaa.
HUOM! Vältä mittaamista irtonaisen lian päällä (virhemittaus, jos materiaalissa on ilmaa).
Mittausympäristö.
1. Ympäristön lämpötila
Toinen huomioon otettava tekijä on heijastunut lämpötila (RTC) ja päästökerroin (ε), jotta lämpökamerasi voi laskea pintalämpötilan oikein.
- Monissa tapauksissa heijastunut lämpötila on sama kuin ympäröivän ilman lämpötila.
- Päästökertoimen oikean asetuksen tarkistaminen on tärkeää, kun mittauskohteen ja ympäristön lämpötilaero on suuri.
2. säteily- ja häiriölähteet
Kaikki kohteet, joiden lämpötila on yli absoluuttisen nollapisteen (0 kelviniä = -273,15 °C), säteilevät infrapunasäteilyä. Kohteet, joiden lämpötila poikkeaa huomattavasti mittauskohteen lämpötilasta, voivat häiritä IR-mittausta oman säteilynsä vuoksi. Tällaisia häiriölähteitä on vältettävä tai suojattava aina kun mahdollista.
- Suojaa häiriölähteet esimerkiksi kuvaruudulla tai aaltopahvilaatikolla.
- Voit mitata heijastunutta säteilyä esimerkiksi Lambertin säteilijällä yhdessä lämpökameran kanssa.
3. Sää
Pilvet
Ulkona tehtävät IR-mittaukset olisi mieluiten tehtävä silloin, kun pilvipeite on tiheä. Syy: Mittauskohde on suojassa auringon säteilyltä ja ”kylmän taivaan säteilyltä”.
Sademäärä
Vesi, jää ja lumi ovat erittäin emissiokykyisiä ja läpäisemättömiä infrapunasäteilylle. Lisäksi mittaaminen märistä kohteista voi aiheuttaa mittausvirheitä, koska mittauskohteen pinta jäähtyy kosteuden haihtuessa.
HUOM! Voimakas sade (sade, lumi) voi häiritä mittaustulosta.
4. ilma / kosteus
Jos lämpökameran optiikkaan (tai suojalasiin) tiivistyy korkeasta suhteellisesta kosteudesta johtuvaa kosteutta, IR-säteilyä ei voida vastaanottaa kokonaisuudessaan. Veden vuoksi säteily ei pääse optiikkaan. Myös erittäin tiheä sumu voi vaikuttaa mittaukseen, sillä kameran ja mittauskohteen välissä olevat pisarat päästävät vähemmän IR-säteilyä läpi.
HUOM! Tarkista, että ympäröivän ilman suhteellinen kosteus on alhainen. Näin voit välttää kondensaation ilmassa (sumu), mittauskohteessa, suojalasissa tai lämpökameran linssissä.
Ilmavirtaukset
Lämmönvaihdon (konvektion) seurauksena pinnan lähellä oleva ilma on samassa lämpötilassa kuin mitattava kohde. Jos tuulee tai vetää, tämä ilmakerros ”puhaltaa pois” ja tilalle tulee uusi kerros, joka ei ole vielä sopeutunut mittauskohteen lämpötilaan. Konvektion seurauksena lämpö siirtyy pois lämpimästä kohteesta tai absorboituu kylmään kohteeseen, kunnes ilman lämpötila ja kohteen pinta ovat sopeutuneet toisiinsa. Tämä lämmönvaihtovaikutus kasvaa, kun kohteen pinnan ja ympäröivän ilman välinen lämpötilaero kasvaa.
HUOM! Ilmavirtaukset tai veto huoneessa voivat vaikuttaa lämpökameroilla tehtäviin lämpötilamittauksiin.
Ilmansaasteet
Joillakin hiukkasilla, kuten pölyllä, noella ja savulla, ja jopa joillakin höyryillä on korkea päästökerroin, ja ne ovat tuskin läpäiseviä. Tämä tarkoittaa, että ne voivat häiritä mittausta, koska ne lähettävät omaa IR-säteilyään, jonka lämpökamera vastaanottaa. Lisäksi vain osa mittauskohteen IR-säteilystä pääsee lämpökameraan, sillä ilmassa olevat hiukkaset sirontaavat ja absorboivat sen.
5. kynttilät
Valo tai valaistus ei vaikuta ratkaisevasti lämpökameralla tehtäviin mittauksiin. Mittaaminen on mahdollista myös pimeässä, sillä lämpökamera mittaa pitkäaaltoista IR-säteilyä. On kuitenkin olemassa valonlähteitä, jotka lähettävät itse IR-lämpösäteilyä ja voivat siten vaikuttaa viereisten kohteiden lämpötilaan.
- Älä siis esimerkiksi mittaa suorassa auringonvalossa tai kuuman hehkulampun lähellä.
- Kylmät valonlähteet, kuten ledit tai neonvalot, eivät häiritse mittauksia merkittävästi: ne muuttavat suurimman osan energiasta näkyväksi valoksi eivätkä IR-säteilyksi.
Ulkolämpökuvauksessa huomioon otettavia asioita.
Kirkkaan taivaan IR-säteilyä kutsutaan ”kylmän taivaan säteilyksi”. Pilvettömänä päivänä kylmän taivaan säteily (~ -50 … -60 °C) ja lämmin auringon säteily (~ 5500 °C) heijastuvat. Aurinko kattaa vain pienen osan koko taivaasta, minkä vuoksi heijastunut lämpötila on yleensä alle 0 °C, jopa aurinkoisena päivänä. Aurinko lämmittää esineitä, koska ne absorboivat auringonvaloa. Tällä on suuri vaikutus pintalämpötiloihin – joskus useita tunteja auringon säteilylle altistumisen jälkeen.
Vinkkejä ja niksejä ulkolämpökuvaukseen
- Ihanteellinen aika ulkolämpökuvaukseen on varhain aamulla ja/tai pilvisellä säällä. Ei saa sataa tai sataa lunta. Myös sumua ja voimakasta tuulta on parasta välttää.
- Mittauksen aikana on hyödyllistä vaihtaa asentoa heijastusten havaitsemiseksi. Heijastukset muuttuvat, kun taas mitattavan kohteen lämpöpoikkeamat pysyvät samoina – vaikka katselukulma muuttuisi.
- Vältä mittauksia erittäin kuumien tai kylmien esineiden lähellä tai suojaa ne.
- Vältä suoraa auringonvaloa, vaikka aurinko paistaisi useita tunteja ennen mittausta. Ota huomioon pilvipeite, vaikka sitä olisi näkynyt useita tunteja ennen mittausta.
- Älä mittaa, jos lämpökameran päällä on kondenssivettä.
- Älä mittaa voimakkaasti saastuneessa ilmassa (esim. juuri pölyn sekoittumisen jälkeen).
Päästökerrointaulukko.
| Material | Materialtemperatur | Emissionsfaktor |
| Aluminium, blankvalsad | 170 °C | 0,04 |
| Aluminium, ej oxiderad | 25 °C | 0,02 |
| Aluminium , kraftigt oxiderad | 93 °C | 0,20 |
| Aluminium, högpolerad | 100 °C | 0,09 |
| Bomull | 20 °C | 0,77 |
| Betong | 25 °C | 0,93 |
| Bly, grovt | 40 °C | 0,43 |
| Bly, oxiderat | 40 °C | 0,43 |
| Krom | 40 °C | 0,08 |
| Krom, polerad | 150 °C | 0,06 |
| Is, slät | 0 °C | 0,97 |
| Järn, smärglat | 20 °C | 0,24 |
| Järn med gjutbeläggning | 100 °C | 0,80 |
| Järn med valsbeläggning | 20 °C | 0,77 |
| Gips | 20 °C | 0,90 |
| Glas | 90 °C | 0,94 |
| Granit | 20 °C | 0,45 |
| Gummi, hårt | 23 °C | 0,94 |
| Gummi, mjukt grått | 23 °C | 0,89 |
| Gjutjärn, oxiderat | 200 °C | 0,64 |
| Trä | 70 °C | 0,94 |
| Kork | 20 °C | 0,70 |
| Radiatorelement, svarteloxerat | 50 °C | 0,98 |
| Koppar, något matt | 20 °C | 0,04 |
| Koppar, oxiderad | 130 °C | 0,76 |
| Koppar, polerad | 40 °C | 0,03 |
| Koppar, valsad | 40 °C | 0,64 |
| Plast: PE, PP, PVC | 20 °C | 0,94 |
| Blå färg på aluminiumfolie | 40 °C | 0,78 |
| Mattsvart färg | 80 °C | 0,97 |
| Vit färg | 90 °C | 0,95 |
| Vit marmor | 40 °C | 0,95 |
| Murverk | 40 °C | 0,93 |
| Mässing, oxiderad | 200 °C | 0,61 |
| Oljefärg (alla färger) | 90 °C | 0,92 ... 0,96 |
| Papper | 20 °C | 0,97 |
| Porslin | 20 °C | 0,92 |
| Sandsten | 40 °C | 0,67 |
| Stål, värmebehandlad yta | 200 °C | 0,52 |
| Stål, oxiderat | 200 °C | 0,79 |
| Stål, kallvalsat | 93 °C | 0,75 ... 0,85 |
| Bränd lera | 70 °C | 0,91 |
| Transformatorfärg | 70 °C | 0,94 |
| Tegelsten, murbruk, puts | 20 °C | 0,93 |
| Zink, oxiderad | - | 0,1 |
Nordtecin lämpökamerat ja lämpökuvauskurssit.
Suosittu testo 868s
testo 868s -lämpökameralla voit havaita vuotoja, tunnistaa ylikuumentuneita liitäntöjä, paikantaa kylmäsiltoja ja havaita rakenteellisia vikoja.
Ammatti- ja asiantuntijaluokka
Täydellinen termografiamittaussetti: lämpökamera testo 883-1 tarjoaa parhaan kuvanlaadun ja hyödyllisiä toimintoja kuvankäsittelyyn, kontrastin säätöön ja dokumentointiin
Lämpökuvauskurssit
Nordtecillä on lämpökuvauksen peruskurssi joka sisältyy lämpökameran ostoon. Kurssin vetää pätevä ja kokenut kouluttaja, joka yhdistää teoriaa ja käytäntöä optimaalisen oppimisen varmistamiseksi.