Jak działa kamera termowizyjna?

Kamera termowizyjna rejestruje promieniowanie podczerwieni (IR) docierające z powierzchni i przelicza je na wartości temperatury dla każdego piksela, uwzględniając parametry pomiarowe, takie jak emisyjność (ε), temperatura odbita (RTC), odległość i ustawienie ostrości. W rezultacie powstaje termogram, który uwidacznia rozkład temperatury i pozwala szybko zlokalizować nieprawidłowości, takie jak mostki termiczne czy gorące punkty.

Co w praktyce mierzy kamera termowizyjna?

W praktyce kamera mierzy promieniowanie docierające do detektora z pola widzenia i na tej podstawie wyznacza temperaturę powierzchni. Wartość pomiarowa nie jest więc „samą temperaturą materiału”, lecz zależy od emisji promieniowania przez mierzony obiekt, odbić promieniowania z otoczenia oraz sposobu odwzorowania obiektu na obrazie (jego wielkości w stosunku do piksela i IFOV). Aby prawidłowo interpretować termogramy, należy świadomie uwzględniać te trzy czynniki.

Podstawy: promieniowanie podczerwieni i obrazy termowizyjne

Termografia pozwala zobaczyć niewidoczne dla ludzkiego oka długofalowe promieniowanie podczerwieni. To promieniowanie elektromagnetyczne, które powierzchnie emitują zależnie od swojej temperatury i właściwości materiału.

Dlaczego każdy obiekt emituje promieniowanie IR

Każdy obiekt o temperaturze wyższej od zera absolutnego emituje promieniowanie cieplne. Im wyższa temperatura, tym większa moc promieniowania. W termografii ważne jest również to, jak „dobrze” powierzchnia emituje lub odbija promieniowanie – dlatego dwa materiały o tej samej temperaturze mogą wyglądać inaczej.

Od sygnału podczerwieni do obrazu: detektor, przetwarzanie sygnału i skala kolorów

W detektorze (często mikrobolometrze) padające promieniowanie podczerwieni zmienia rezystancję elektryczną wielu małych elementów czujnika. Układ elektroniczny kamery przetwarza te sygnały, koryguje je na podstawie ustawionych parametrów i wyznacza wartości temperatury dla każdego piksela. Skala kolorów służy następnie do wizualizacji tych wartości. Może zwiększać kontrast obrazu, ale nie zmienia fizycznych podstaw pomiaru.

Możliwości i ograniczenia pomiarowe kamery termowizyjnej

Termogram jest obrazem pomiarowym, ale przedstawia pomiar temperatury powierzchni wykonany w określonych warunkach.

Temperatura powierzchni zamiast „temperatury wewnątrz komponentu”

Kamera termowizyjna mierzy przede wszystkim temperaturę powierzchni. W przypadku izolowanych rurociągów, elementów wielowarstwowych lub konstrukcji, przez które przepływa powietrze, temperatura powierzchni może znacznie różnić się od temperatury wewnątrz lub temperatury medium. Dlatego, zależnie od zadania, pomiary uzupełniające pomagają postawić wiarygodną diagnozę.

Termowizja pokazuje powierzchnię, nie wnętrze ściany

Kamery termowizyjne nie „widzą” przez lite, nieprzezroczyste materiały budowlane. Pokazują rozkład temperatury na powierzchni. Jeśli coś nagrzewa się za ścianą, może być pośrednio widoczne jako wzór na powierzchni - nie jest to jednak prześwietlanie, lecz przewodzenie ciepła i odwzorowanie na powierzchni.

Pomiar temperatury powierzchni za pomocą kamery termowizyjnej

Dlaczego parametry pomiarowe wpływają na odczyty temperatury

Jeśli chcesz korzystać z bezwzględnych wartości temperatury (np. do oceny wartości granicznych lub porównywania wyników), musisz prawidłowo ustawić parametry pomiarowe. Bez tych ustawień wiele obrazów można interpretować na podstawie rozkładu temperatury, ale wartości bezwzględne mogą być obarczone błędem systematycznym.

Emisyjność (ε)

Emisyjność określa, jak skutecznie powierzchnia emituje promieniowanie IR. Niska ε (typowa dla błyszczących metali) oznacza dużo odbić i małą emisję. Bez korekty kamera często nie mierzy rzeczywistej wartości powierzchni, lecz mieszaninę obiektu i odbitego otoczenia.

Emisyjność, RTC i IFOV — szczegółowo

Temperatura odbita (RTC)

RTC opisuje efektywne promieniowanie otoczenia, które „odbija się” od powierzchni odbijających i wpływa na wartość pomiaru. RTC ma szczególne znaczenie, gdy w otoczeniu występują silne kontrasty temperatury (np. rozgrzane maszyny, grzejniki lub ludzie), a mierzona powierzchnia odbija promieniowanie.

Odległość pomiarowa/IFOV i ostrość

Każdy piksel reprezentuje określony zakres kątowy. Jeśli mierzony obiekt jest odwzorowany zbyt mały (zbyt duża odległość lub zbyt szerokokątna optyka), powstaje piksel mieszany obejmujący obiekt i tło. Nieprawidłowa ostrość dodatkowo powoduje „rozmycie” informacji o temperaturze, przez co punkty pomiarowe stają się niestabilne.

Kalkulator IFOV

Termografia w praktyce: dlaczego gorący punkt zmienia swoje położenie?

Typowy błąd interpretacji w termografii instalacji elektrycznych: gorący punkt pozornie zmienia położenie po zmianie perspektywy. Częste przyczyny to odbicia promieniowania na błyszczących powierzchniach (nieprawidłowe ustawienia emisyjności i temperatury odbitej), zmiana kąta obserwacji lub odległości pomiarowej (IFOV), a także ostrość ustawiona niedokładnie na mierzonym obiekcie. Praktyczna wskazówka: pomiary porównawcze wykonuj zawsze z udokumentowanej odległości, pod podobnym kątem obserwacji i przy tej samej skali temperatury.

Kamera termowizyjna, a noktowizor: czym się różnią?

Kamera termowizyjna wykorzystuje promieniowanie podczerwieni do przedstawiania różnic temperatury w postaci obrazu termowizyjnego. Jest więc przyrządem pomiarowym obrazującym rozkład temperatury na powierzchniach. Noktowizor, zależnie od technologii, wzmacnia dostępne światło widzialne lub promieniowanie bliskiej podczerwieni, aby umożliwić lepsze widzenie w ciemności, ale nie dostarcza informacji pomiarowych o temperaturze. Dlatego do diagnostyki technicznej, np. wykrywania mostków termicznych czy gorących punktów, odpowiednim narzędziem jest kamera termowizyjna.

Unikaj błędów pomiarowych, określ zastosowanie i dobierz sprzęt

Gdy znasz już zasadę działania kamery termowizyjnej, kolejne kroki to zazwyczaj: (1) pogłębienie wiedzy o parametrach pomiarowych i typowych źródłach błędów, (2) określenie zastosowania i uwzględnienie warunków pomiarowych, (3) dobór kamery i optyki do wielkości obiektu oraz odległości pomiarowej.

Podstawy termowizji

Obszary zastosowań

Wybór i porównanie kamer termowizyjnych

Masz pytania jakiekolwiek pytanie? Skontaktuj się z nami!

Chętnie doradzimy, korzystając z naszej wiedzy i doświadczenia, aby znaleźć rozwiązanie dopasowane do Twoich wymagań.

Skontaktuj się z nami