Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Termowizja – zasady ogólne, środowisko pomiarowe, budowa kamer, przykłady zastosowania

mgr inż. Tomasz Karwat  |  21.12.2010
www.IRHouse.pl

Celem artykułu jest przybliżenie czytelnikom tematyki związanej z promieniowaniem podczerwonym, budową kamer i wykonywaniem pomiarów termowizyjnych.

Termowizja jest bardzo uniwersalną technologią umożliwiającą obserwację i rejestrację promieniowania podczerwonego emitowanego przez przedmioty znajdujące się w otaczającym nas środowisku. Zarejestrowane przez urządzenia termograficzne wartości emitowanego promieniowania podczerwonego pozwalają na stworzenie obrazu będącego odwzorowaniem rozkładu temperatur oglądanego obiektu.

Początki termowizji

W 1800 r. angielski astronom Sir William Herschel odkrył promieniowanie podczerwone, które określił jako „niewidzialne promieniowanie”. Niestety, odkrycie to nie znalazło zastosowania przez prawie 100 lat. Podczas pierwszej wojny światowej zastosowano detektory podczerwieni do wykrywania lecących samolotów. Jak na ówczesne warunki rezultaty były bardzo dobre, ponieważ można było wykryć samolot już z odległości ok. 1,5 km.

Urządzenia termowizyjne (kamery) początkowo używane były w wojsku do wykrywania przemieszczającego się przeciwnika czy wyszukiwania celów. W miarę upływu czasu i znacznego zmniejszenia kosztów produkcji kamer termowizja trafiła do medycyny, przemysłu i budownictwa.

W latach 90. XX w. producenci kamer termowizyjnych odkryli nową kartę w historii tej technologii dzięki zaoferowaniu kompaktowych urządzeń w akceptowalnych cenach. W ten sposób wpłynęli na zwiększenie ich sprzedaży oraz sukcesywne powiększanie asortymentu kamer przeznaczonych do określonych aplikacji.

Promieniowanie podczerwone

Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego (–273°C/0°K) emituje promieniowanie cieplne. Temperatura ciała już na poziomie kilku kelwinów pozwala na zarejestrowanie emitowanego promieniowania elektromagnetycznego w zakresie podczerwieni. Promieniowanie podczerwone jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fal pomiędzy światłem widzialnym a falami radiowymi. Powstaje ono w wyniku drgań atomów i cząsteczek, z których zbudowane jest każde ciało. Promieniowanie to ma charakter cieplny, jest ciągłe, a zakres długości jego fali mieści się od 0,780 μm do ok. 1000 μm (rys. 1).

Podstawą rozważań na temat promieniowania podczerwonego jest tzw. ciało doskonale czarne, które pochłania całość promieniowania padającego na nie, niezależnie od kąta padania, długości fali czy mocy źródła promieniowania. Dlatego można przyjąć, że emitancja (gęstość strumienia energii emitowana przez pewną powierzchnię ciała) tego źródła emisji jest proporcjonalna do jego temperatury.

Stosując pewien skrót myślowy, można powiedzieć, że promieniowanie z zakresu podczerwieni, emitowane przez ciała o temperaturze wyższej niż zero bezwzględne, jest proporcjonalne do jego temperatury. Można więc powiedzieć, że urządzenia rejestrujące promieniowanie podczerwone rejestrują temperaturę obserwowanego obiektu.

W przypadku ciał rzeczywistych pomiary promieniowania podczerwonego są znacznie bardziej skomplikowane, ponieważ każde ciało rzeczywiste (budynek, urządzenie, człowiek) oprócz zdolności do emisji promieniowania podczerwonego może również absorbować, odbijać lub przepuszczać promieniowanie podczerwone.

Emisja, absorpcja, odbijanie i transmisja promieniowania zależą przede wszystkim od faktycznej temperatury ciała oraz właściwości materiału (kolor, stopień obróbki) i warunków fizycznych otaczającego go środowiska.

Z punktu widzenia pomiarów termowizyjnych istotna jest tzw. emisyjność mierzonego obiektu. Tę wielkość wprowadzono w celu odniesienia promieniowania ciała rzeczywistego do wzorca, jakim jest ciało doskonale czarne.

Współczynnik emisyjności określa zdolność danego ciała do emitowania własnej energii z pominięciem energii odbitej i przepuszczanej i zawiera się w przedziale od 0 do 1. Z praktyki wynika, że im jest on bliższy 1 dla danego ciała, tym pomiar jest prostszy i daje dokładniejsze wyniki. Szczególnie problematyczne są powierzchnie błyszczące, metaliczne, chropowate czy zanieczyszczone.

Do pomiaru takich powierzchni trzeba używać kamer termowizyjnych z definiowalnym współczynnikiem emisyjności lub stosować dodatkowe zabiegi poprawiające dokładność pomiaru. Do tych zabiegów należą: naklejanie folii o ustalonym współczynniku emisyjności i dobrej przewodności cieplnej, malowanie badanego obiektu, pokrywanie cienką warstwą, np. farby lub oleju, usuwanie z otoczenia źródeł ciepła odbijanego i absorbowanego przez obiekt mierzony.

Jak już zostało powiedziane, wartość współczynnika emisyjności zależy od rodzaju ciała, jego temperatury, długości fali promieniowania. Emisyjność różnych materiałów w funkcji długości fali promieniowania podczerwonego została przedstawiona na rys. 2.

Istotne jest, że większość materiałów charakteryzuje się stałym współczynnikiem emisji w zakresie dalekiej podczerwieni. Jest to jeden z wielu powodów upowszechnienia się kamer termowizyjnych działających w tym pasmie.

Z reguły przyjmuje się średni współczynnik emisyjności, którego wartości dla różnych materiałów podano w tabeli. Znajomość średniej emisyjności obserwowanego obiektu pozwala na wprowadzenie odpowiednich nastaw w kamerze pomiarowej, a w konsekwencji na ograniczenie błędów pomiarowych. Rzetelne określenie współczynnika emisyjności ułatwia późniejsze wnioskowanie na podstawie przeprowadzonych badań, a w konsekwencji – wiarygodne wyniki.

Środowisko i warunki pomiarowe

Pomiary termowizyjne to skomplikowany proces, w którym kluczowymi elementami są wiedza i umiejętności operatora kamery termowizyjnej. Zakup nawet najbardziej wyrafinowanej kamery termowizyjnej nie zapewni niedoświadczonemu operatorowi uzyskania wiarygodnych rezultatów. Do poprawnego wykonania pomiarów, a następnie właściwej interpretacji uzyskanych wyników niezbędna jest wiedza o właściwościach cieplnych obserwowanych materiałów.

Kamera termowizyjna jest urządzeniem rejestrującym promieniowanie podczerwone z całego otaczającego środowiska. Dociera do niej promieniowanie emitowane przez obserwowany obiekt, a także bezpośrednie promieniowanie innych źródeł ciepła, takich jak słońce, maszyny oraz promieniowanie odbite od obiektów znajdujących się w obserwowanej przestrzeni.

Każdy z obiektów będących w przestrzeni między kamerą a obserwowanym obiektem emituje pewną ilość promieniowania podczerwonego, pewną absorbuje i przepuszcza, tym samym wpływając na wielkości rejestrowane przez kamerę. Atmosfera, chmury i opady również wysyłają promieniowanie podczerwone, przez co zniekształcają wyniki pomiarów. Oszacowanie zakłóceń powodowanych przez te czynniki jest bardzo trudne (rys. 3).

Z reguły większość zakłóceń występujących w środowisku można wyeliminować poprzez odpowiednią kalibrację kamery termowizyjnej i odpowiednie dobranie warunków pomiarów (np. pory nocy, brak opadów). Zdarzają się jednak sytuacje, w których sygnały zakłócające z otoczenia nie mogą być wyeliminowane. Wtedy operator powinien zmienić kierunek obserwacji, zmniejszyć dystans do obserwowanego obiektu, usunąć zakłócające źródła ciepła lub ograniczyć wpływ. Ewentualnie zmienić kamerę termowizyjną na taką, która umożliwi prawidłową obserwację.

Promieniowanie słoneczne może w sposób istotny zakłócać pomiary. Wpływ słońca jest szczególnie uciążliwy dla obiektów o niskiej emisyjności. W bliskim i średnim zakresie podczerwieni (rys. 1) wpływ promieniowania słonecznego jest ok. 15 razy większy niż w zakresie dalekiej podczerwieni.

Dlatego do pomiarów obiektów znajdujących się w wolnej przestrzeni (np. budynków) stosuje się m.in. kamery z przetwornikami pomiarowymi pracującymi w dalekiej podczerwieni.

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »



Odkryj nowy wymiar bezpieczeństwa dla Twojego domu »

Żaluzje ceramiczne, szklane, wentylowane. Co wybrać?

Każdemu z nas zależy na zapewnieniu odpowiedniego bezpieczeństwa swoim bliskim i miejscu, które jest dla nas najważniejsze. Wybór...
czytaj dalej »

Które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? Jak ochronić wnętrze przed słońcem, hałasem lub zimnem? czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Izolacja natryskowa - co warto wiedzieć?

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Produkty polimocznikowe można stosować wszędzie tam, gdzie wymagana jest... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »

Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważna?

Sprawdzony sposób na przyspieszenie ocieplenia »

W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i izolacja pod płytą fundamentową... czytaj dalej » Jakiego produktu użyć, by aplikacja była łatwa, efektywność większa, a tempo pracy ekspresowe? czytaj dalej »

Czego użyć do izolacji podłóg, dachów i fasad?


Istotną różnicą pomiędzy styropianami białymi i grafitowymi jest ich odporność na ZOBACZ »


Najlepszy produkt na tynku termoizolacji? Sprawdź »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

Obniżona wartość λ pozwala zmniejszyć straty energetyczne oraz wydatki na eksploatacje budynków.
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.