Lämmön siirtymistapoja on erilaisia, mutta lämpökuvauksen kannalta tärkein niistä on säteily. Säteily on siis tapa, jolla energia siirtyy kuvauskohteen pinnasta infrapunakameraan (eli lämpökameraan). Lämpökuva muodostuu lähes kokonaan pinnan säteilemän tai heijastaman säteilyn määrän perusteella. Lämpökuvausta voidaan käyttää esimerkiksi rakennusten tarkastamisessa tai ilmailualan, lääketieteen ja teollisuuden sovelluksissa, mutta kaikissa käyttökohteissa esiintyy samoja säteily- ja heijastumisongelmia.
Näissä lämpökuvissa näkyy kadulla oleva ruostumattomasta teräksestä tehty veistos kahdesta eri kulmasta. Paljain silmin katsottuna olettaisi luultavasti, että kohteen lämpötila on kauttaaltaan sama – eli sama kuin ympäröivän ilman lämpötila tai lähellä sitä. Lämpökuvissa näkyy kuitenkin jotain muuta.
Heijastavat pinnat eivät itse säteile tehokkaasti
Heijastuksia selvästi on, mutta siirryttäessä eri paikkaan heijastukset yleensä muuttuvat. Ja kuten yllä olevissa kuvissa näkyy, veistoksen lämpötila näyttää muuttuvan. Näistä kuvista voidaan todeta, että kylmät kohdat heijastavat kirkasta taivasta ja lämpimät puolestaan ympäröiviä rakennuksia tai jopa kuvaajaa. Heijastukset ovat itse asiassa ”lämpövalheita”, koska heijastavat pinnat eivät säteile tehokkaasti.
Näin saat kuvaan todellisen lämpötilan
Yleensä heijastuneen säteilyn erottaa säteilevästä säteilystä melko helposti, koska heijastuva säteily liikkuu kun kuvaajakin liikkuu – aivan kuin katsoisi peiliin.
Radiometrisiä lämpötiloja mitattaessa määritetään vain lämpökuvan tuottavan säteilyn määrää. Miten siis päästään säteilyn määrän määrittämisestä tutkittavan kohteen todellisen lämpötilan mittaamiseen?
Lämpökamerat on kalibroitu korreloimaan keskenään tietty lämpötila ja tietty säteilyn voimakkuus. Jos pinta säteilee täydellisesti, sen lämpötila on helppo määrittää sen säteilemän säteilyn määrän perusteella. Mitä kuumempi pinta, sitä enemmän se säteilee. Mikään pinta ei kuitenkaan säteile täydellisesti.
Pinnan emissiokerroin ja heijastavuus
Läpinäkymättömät pinnat lähettävät sekä säteilevää että heijastuvaa säteilyä. Koska heijastuva säteily ei liity pintalämpötilaan, lämpökamera pitää määrittää jättämään se huomioimatta. Korjaus tehdään käyttämällä emissiokerrointa (E). Heijastus (R) on yhtä kuin 1 miinus E. Lisäksi on tehtävä heijastuvan lämpötilan huomioiva korjaus. Näiden kahden korjauksen avulla lämpökamera pystyy määrittämään radiometrisen lämpötilan tarkasti.
On kuitenkin kaksi tilannetta, joissa korjaus ei ole riittävän tarkka, eli kun
- mitattavan pinnan emissiokerroin on alle 0,6
- heijastuvan lämpötilan ja pintalämpötilan välillä on erittäin huomattava ero.
Tämä rajoitus koskee kaikkia lämpökuvausjärjestelmiä. Se tarkoittaa, että useimpien paljaiden metallipintojen lämpötilaa ei voi mitata tarkasti. Tähän on kuitenkin olemassa ratkaisu.
Näin voit parantaa heijastavien pintojen lämpökuvaustarkkuutta
Jos matalan emissiokertoimen (erittäin heijastavan) pinnan lämpötila pitää mitata tarkasti, voit kiinnittää pintaan tiukasti pienen palan sähköteippiä (turvaohjeiden mukaisesti). Aseta lämpökameran emissiokertoimeksi 0,95 ja taustalämpötila, jonka teipinpala heijastaisi, jos se olisi peili. Tämän jälkeen mittaustarkkuuden pitäisi olla +/–2 °C tai 2 % (mikäli lämpötila on yli 100°C).
Voit ensin tehdä koemittauksia vaikka toimistossa tai keittiössä, kunnes korjausten tekeminen onnistuu sujuvasti. Kommenttiosiossa voit kertoa meille omista kokemuksistasi tai lähettää meille kysymyksiä.
Kun pala sähköteippiä kiinnitetään kylmään ikkunalasiin (vasemmalla) tai vaihtelevasti hapettuneeseen lämpimään teräslevyyn (oikealla), lämpökuvaaja pystyy mittaamaan radiometrisen lämpötilan tasaisen tarkasti. Huomaa, että molemmat materiaalit ovat melko hyvin heijastavia. Molemmissa tapauksissa määritetään emissiokertoimeksi teipin kerroin (0,95) sekä soveltuva heijastuvan taustasäteilyn korjausarvo.