Termografisk kamera

For nogle applikationer er en relativt grov repræsentation af stærke temperaturforskelle tilstrækkelig, andre kræver meget detaljerede repræsentationer af finere temperaturgrader. Her er en kort oversigt over, hvad der bør overvejes for at vurdere, om et termografisk kamera er egnet til det tilsigtede formål:

- Mobil eller stationær brug
- Måleområde for temperaturen
- Termisk følsomhed for det termografiske kamera
- Geometrisk opløsning af den infrarøde sensor
- Spektralt område
- Billedfrekvens for det termografiske kamera
- Varmt og koldt punktplacering
- Mulighed for at overlejre et rigtigt billede
- Opbevaringsmuligheder for det termografiske kamera
- Grænseflader til dataoverførsel
- Beskyttelse mod fald, snavs, fugt
- Termografisk kamera med ekstra sensorer

Termografisk kamera til stationær eller mobil brug
Dette kriterium kan nemt besvares for de fleste applikationer. Skal det termografiske kamera monteres et fast sted, eller vil kameraet blive brugt forskellige steder?

Et stationært termografisk kamera betjenes normalt permanent på samme sted og med en relativt fast observationsafstand. Stationære enheder bruges ofte til f.eks. udvikling og kvalitetsovervågning af elektroniske komponenter. De kan dog også bruges til produktionsovervågning i temperaturafhængige processer eller til optælling af personer og integreres i sikkerhedssystemer. I automatiserede processer, hvor ensartet produktkvalitet skal garanteres, registrerer det stationære termografiske kamera kontinuerligt processens temperaturværdier. Med evalueringssoftwaren skræddersyet til processen kan produktbatches med afvigende temperaturer detekteres fuldautomatisk og adskilles senere. Udstyret med et hurtigt Ethernet-interface kan et stationært termografisk kamera, for eksempel et fra PCE-PI-serien, nemt integreres i et eksisterende system.

Det mobile termografiske kamera bruges forskellige steder og skal derfor være netværksuafhængigt og nemt at transportere. Mange lette, handy enheder er designet med et pistolgreb. Ligesom moderne digitale kameraer har et termografisk kamera en skærm, der normalt er arrangeret på en sådan måde, at det termiske billede og det målrettede område er i samme synsretning. Kameraet kan let rettes mod det område, der skal undersøges, og placeres i en gunstig afstand fra de kritiske punkter for optagelsen. Ved tidskrævende termografiske undersøgelser er det væsentligt at være opmærksom på den mulige driftstid og muligheden for at udskifte eller genoplade de batterier, der bruges i det termografiske kamera.

Termografikameraets temperaturmåleområde
Det termografiske kameras sensor kan kun måle inden for et bestemt temperaturområde med den angivne nøjagtighed. Dette temperaturområde kan være meget snævert - for eksempel i et apparat til procesovervågning eller til medicinske formål - eller endda dække et område på 400 grader, f.eks.. fra - 20 grader Celsius til + 380 grader Celsius. Nogle enheder kan kalibreres specielt til et underområde for at opnå højere nøjagtighed der. Har du brug for et termografisk kamera til meget høje eller meget lave temperaturer, så sørg for, at disse er omfattet af måleområdet. Ved temperaturer under -50 grader Celsius er intensiteten af den udsendte stråling dog så lav, at det er svært at måle med de aktuelt tilgængelige sensorer til det termografiske kamera.

Termisk følsomhed - NETD-værdi - for det termiske billedkamera
Den termiske følsomhed beskriver, hvor detaljeret det termiske kamera kan registrere temperaturforskelle. Værdien angives normalt i millikelvin, men af og til også i kelvin. Typiske værdier er for eksempel 70, 80, 100, 150 eller 300 millikelvin. I enhedsspecifikationerne for det termografiske kamera findes denne information af og til også under betegnelsen NETD-værdi, afledt af den engelske betegnelse for denne værdi - Noise Equivalent Temperature Difference. Der er anbefalinger om, at den termiske følsomhed af et termografisk kamera skal være en procent af det temperaturområde, der skal vises. Det betyder, at for temperaturforskelle på 30 Kelvin på termobilledet er en termisk opløsning på 0,3 Kelvin, altså 300 millikelvin, tilstrækkelig til en god repræsentation af billedet.

Geometrisk opløsning af det termografiske kameras infrarøde sensor
Det termografiske kamera konverterer den infrarøde stråling fra det detekterede område til et radiometrisk billede, hvorfra farveskalaen temperaturen på hver enkelt pixel kan aflæses. Jo flere pixels den infrarøde sensor kan opfange separat, jo mere detaljeret vises temperaturforskellene på det termografiske kameras skærm. I sammenligning med det visuelle kameras opløsning for det virkelige billede virker informationen for opløsningen af det infrarøde billede lav, men hver pixel indeholder information om den udsendte infrarøde stråling og dermed om overfladetemperaturen ved det målrettede målepunkt. Gode infrarøde sensorer opnår opløsninger på 640 x 480 pixels.

Der kræves ikke et termografisk kamera med høj opløsning for at kontrollere ledningerne i styreskabe. Digitale multimetre med integreret infrarød sensor, som viser det termografiske billede, er praktiske til dette. Til dette formål genereres tilstrækkelige billeder med en opløsning på 38 x 38 pixels. Lav opløsning af det termografiske kamera er også generelt tilstrækkeligt til at kontrollere bevægelige maskin- og køretøjsdele for overdreven opvarmning, da man blot skal se om der sker en unødig varmeudvikling. På termobilledet kan du se temperaturforskellene gennem farvegengivelsen og også den lokale position af de kritiske komponenter.

Et termografisk kamera til bygningseftersyn bør have den højest mulige opløsning, så de viste temperaturforskelle kan fortolkes pålideligt. Enheder med god opløsning viser tydeligt temperaturforskellene. Ud fra formen på det koldere eller varmere område kan der drages konklusioner om, hvorvidt der er tale om monteringslinjer, konstruktionselementer (støttelægter, gipsskinner), materialeskift eller svækkede tværsnit. Anormaliteter i murværket, som ofte er skabt til postkasseanlæg eller sikringsskabe i ældre bygningers opgange, kan føre til kondens og skimmelsvamp i stuesiden. I tilfælde, hvor en håndværker kun ønsker at lokalisere placeringen af varme- eller vandrør, er et termografisk kamera med lav opløsning tilstrækkeligt.

Synsfelt (FOV) - af det termiske billedkamera
Et termografisk kameras målepunkt er ofte også nævnt i de tekniske enhedsdata angivet som IFOV – Instantaneous Field of View-. Denne værdi beskriver størrelsen af det mindste objekt, hvis temperatur kan måles. Det skyldes detektorområdet, måleoptikkens synsfelt og afstanden til måleobjektet. Specifikationen 4,53 mrad betyder, at i en afstand på 1 m fra målefladen har området tildelt en enkelt pixel en kantlængde på 4,53 mm. Måling af afstand og pixelstørrelse er proportionale med hinanden. Tredobles afstanden fra det termografiske kamera til måleområdet, tredobles størrelsen af det optagede område for den enkelte pixel samtidig. Jo mindre målepunktet er, desto mere detaljeret er repræsentationen af temperaturforskellene på det termiske billede. Hvis temperaturen på meget små områder skal registreres, skal det sikres, at måleobjektet ikke er mindre, men om muligt to til tre gange større end målestedet. Det skulle derfor være muligt at optage 2 x 2 eller 3 x 3 billedpixel af den ønskede detalje med det termografiske kamera.
Måleafstanden for et termografisk kamera
Når du vælger et termografisk kamera, skal du afhængigt af anvendelsesområdet også være opmærksom på størrelsen af den mindste måleafstand og hvilke målepunktsstørrelser, der er resultatet af de sædvanlige måleafstande. Det giver ikke mening at bruge det samme termografiske kamera til overvågning af varmeudviklingen af de mindste elektroniske komponenter til termografiske optagelser af store bygningsfacader.

Konventionelle infrarøde sensorer registrerer strålingen enten i kortbølgeområdet på omkring 3 til 5 mikrometer eller i langbølgeområdet fra 8 til 14 mikron bølgelængde. I langbølgeområdet er atmosfæren næsten ubegrænset permeabel, hvilket muliggør målinger over store afstande. I kortbølgeområdet udsender mange gasser, der er naturlige komponenter i atmosfæren, også infrarød stråling. Dette inkluderer kuldioxid. Denne egenskab muliggør temperaturmåling af flammer og forbrændingsgasser med det termografiske kamera. For at kunne bruge fordelene ved berøringsfri temperaturmåling til overvågning af højtemperaturprocesser anvendes sensorer med et specielt afstemt spektralområde. Eksempler er:

0,8 ... 1,1 mm bølgelængde ved temperaturer på 600 ... 3.000°C in kontinuerlig støbeproduktion med metal- eller glassmelter
1,4 ... 1,6 mm bølgelængde ved temperaturer på 300 ... 1.200°C ved hærdning af metaller og i keramisk produktion
3,0 ... 5,0 mm bølgelængde ved temperaturer på 100 ... 500°C ved lodning af elektroniske komponenter og i keramisk produktion
ca. 3,9 mm bølgelængde ved temperaturer på 600 ... 1.250°C til temperaturmåling gennem flammer, fx i ovne
4.8 ... 5,2 mm bølgelængde at temperaturer på 200 .. 1.250 °C til glasoverflader i planglasproduktion

Normale glas og transparent plast er gennemtrængelige for synligt lys og nær infrarød stråling, men ikke for langbølget infrarød, således at et termografisk kamera med en langbølgespektrum Kan ikke måle objekter gennem vinduer eller visningsruder. I stedet måles temperaturen på glasoverfladen. Briller er derfor ofte særligt iøjnefaldende på farvede termografiske billeder af mennesker. Specielt fremstillede transmissive briller fås til målinger gennem ruder.

Billedhastighed for termobilledkameraet
Billedhastigheden angiver, hvor mange billeder i sekundet det termiske billedkamera optager. Til mange applikationer er en billedoptagelsesfrekvens på 1 Hertz tilstrækkelig, dvs. et termisk billede pr. sekund. En høj billedhastighed er vigtig, hvor varmeudviklingen på aktive komponenter eller i kørende processer skal overvåges. En høj billedhastighed er også fordelagtig, hvis der skal foretages termografiske optagelser med et bevægeligt kamera, eller hvis objektet, der skal undersøges, bevæger sig.

Termografisk kamera med placering af varmt og koldt punkt
En særlig funktion til hurtig rumlig lokalisering og kvalitativ evaluering af ekstreme temperaturer er visning af den maksimale og laveste temperatur på det termiske billede med position og numerisk værdi i grader Celsius. Da markeringen af disse to punkter også kan forstyrre billedvurderingen, er det ofte muligt at vælge, om denne funktion skal være aktiv eller inaktiv i termografikameraets menu. Ved fortolkning af de numeriske værdier skal det bemærkes, at temperaturmålingen via infrarød stråling kan forfalskes af visse materialeegenskaber.

Overlejring af infrarødt billede og visuelt billede i det termografiske kamera
I et mobilt termografisk kamera er et digitalkamera meget ofte installeret ved siden af til den infrarøde sensor, så der udover termobilledet også optages et rigtigt billede af det undersøgte sted. Både det infrarøde og det virkelige billede kan normalt overlejres i forskellige intensiteter, så kritiske punkter kan rumligt tildeles og dokumenteres bedre. Nogle stationære enheder er også udstyret med et digitalkamera til rigtige billeder.

Lagringsmuligheder og grænseflader til datatransmission
Et mobilt termografisk kamera, hvis optagelser også skal bruges til at dokumentere undersøgelserne, bør have en tilstrækkelig stor hukommelse. Ved termografisk registrering af bygninger eller tekniske anlæg er det som udgangspunkt ikke muligt at overføre dataene med det samme. Derfor bør den tilgængelige lagerplads i det termografiske kamera være stor nok til de ønskede billeder, eller kameraet skal give mulighed for at bruge flytbare medier. Med et stationært termografikamera kan billeddataene normalt overføres med det samme til en pc eller et netværk.

For at kunne overføre de billeder, der er optaget med det termografiske kamera, dvs. både de infrarøde og de rigtige billeder eller deres overlejringer, har mange termografiske kameraer en USB- eller mikro-USB-grænseflade.

Beskyttelse mod fald, snavs, fugt
Både mobile og stationære kameraer kan udstyres, så de også kan bruges under barske miljøer forholdene er. For at beskytte sensoren, evalueringselektronikken og monitoren mod skader, kan huset til et termografisk kamera udstyres med specielle beskyttelseselementer for at reducere mekanisk belastning. Hvis der er tale om et termografisk kamera, der er specielt designet til brandvæsenets redningsaktioner, testes funktionen af disse beskyttelseselementer i standardiserede fald- og andre stresstests. På den anden side kan huset designes, så det er særligt tæt mod fremmedlegemer og fugt. For disse egenskaber er klassificeringen efter IP-beskyttelsesgraden etableret internationalt.