Även om det finns många typer av värmeöverföring är strålning den viktigaste typen i förhållande till termografi. Strålning är det läge med vilket energi överförs från målytan till en infraröd kamera (även kallad värmekamera). Det innehåll som syns i en värmebild baseras nästan helt på den mängd strålning som avges från eller reflekteras av ytan. Oavsett tillämpning – från byggnader och flyg till medicin och industri – finns det emissivitet för infraröd termografi och problem med reflektivitet.
Dessa värmebilder av en skulptur i rostfritt stål som står utomhus på en gata i centrum är tagna ur två olika vinklar. Om vi tittar på den med blotta ögat skulle vi förmodligen utgå från att hela föremålet måste ha samma temperatur – samma eller nästan samma som den omgivande lufttemperaturen. Men värmebilderna berättar en annan historia.
Reflekterande ytor är ineffektiva strålare
Det är uppenbart att det finns reflektioner, men när vi flyttar på oss förändras oftast de objekt som reflekteras. Då ändras också den skenbara temperaturen som vi ser på skulpturen, precis som i bilderna ovan. På bilderna kan vi se att de kalla områdena är de som återspeglar den klara himlen och de varmare är de som återspeglar byggnader runt om eller till och med oss själva. Reflektionerna är faktiskt ”värmelögner”, eftersom sanningen är att reflekterande ytor är ineffektiva reflektorer.
Att uppnå den verkliga temperaturen
För det mesta är det ganska lätt att skilja reflekterad strålning från utsänd strålning eftersom reflekterad strålning, precis som en spegel, rör sig när vi rör oss i förhållande till ytan.
När vi mäter radiometriska temperaturer kvantifierar vi bara den strålning som producerar värmebilden. Så hur kan vi gå från att kvantifiera strålningen till att mäta den faktiska temperaturen på det objekt vi undersöker?
Värmekameror kalibreras för att korrelera en temperatur med en viss nivå av strålningsintensitet. Om en yta hade perfekt utstrålning skulle vi lätt kunna läsa av dess temperatur utifrån hur mycket strålning den sänder ut. Ju varmare den är, desto mer sänder den ut. Tyvärr har ingen yta perfekt utstrålning.
Ytans emissivitet kontra reflektivitet
Ogenomskinliga (icke-transparenta) ytor producerar en kombination av utstrålad och reflekterad strålning. Eftersom den reflekterade strålningen inte har något med yttemperaturen att göra måste vi säga åt kameran att bortse från den delen av vad den ser. För att göra det korrigerar vi emissiviteten (E). Reflektion (R) är lika med 1 minus E. Vi måste också korrigera för temperaturen som reflekteras. Med dessa två korrigeringar kan kamerans processor ge en exakt radiometrisk temperatur.
Det finns två situationer där denna korrigering inte är så exakt som vi skulle vilja, t.ex. när:
- ytan som mäts har en emissivitet på mindre än 0,6
- det är en kraftig skillnad mellan den reflekterade temperaturen och yttemperaturen
Denna begränsning gäller alla system för värmefotografering. Det innebär att du inte kan mäta temperaturen på de flesta bara metaller korrekt. Men det finns en lösning.
Ökad noggrannhet vid termografi på reflekterande ytor
När du behöver hög noggrannhet vid mätning av temperatur på ytor med låg emissivitet (dvs. mycket reflekterande ytor) kan du sätta en liten bit eltejp tätt mot ytan (enligt gällande säkerhetsföreskrifter). Ställ in värmekamerans emissivitet på 0,95 och bakgrundskorrigeringen på temperaturen för det som skulle reflekteras om tejpen hade varit en spegel. Efter den här processen ska du kunna uppnå en mätnoggrannhet på +/–2 °C eller 2 % av mätningen.
För att bli säkrare kan du utföra några enkla experiment på kontoret eller i köket tills du är bekväm med att göra korrigeringarna. Berätta hur det går eller skicka dina frågor till oss i kommentarerna.
Genom att sätta fast en bit eltejp på antingen ett kallt fönsterglas (vänster) eller en varm plåt i stål (höger) med varierande oxidering kan en värmekamera konsekvent göra noggranna radiometriska temperaturmätningar. Observera att båda materialen är ganska reflekterande. I båda fallen ställs emissiviteten in för tejpens värde (0,95) och med ett lämpligt värde för reflekterad bakgrundskorrigering.