Termocamera

Consigli per l'acquisto di una termocamera

La parola termografia, soprattutto in questi tempi di risparmio energetico, si utilizza in relazione all'ispezione dell'isolamento degli edifici. Una termocaemra rende visibili le diverse temperatura di un oggetto. Ma questo dispositivo viene usato anche in altri ambiti. Ad esempio, con una termocamera è possibile localizzare l'origine di un incendio o individuare nell'oscurità o in ambienti pieni di fumo persone scomparse, rilevare un surriscaldamento di componenti elettronici, controllare processi produttivi, localizzare tubazioni di riscaldamento, ventilazione o d'acqua, e rilevare perdite. Inoltre, è possibile controllare da remoto i pannelli fotovoltaici, come individuare contusioni e infiammazioni in persone e animali. Ovviamente non ha molto senso acquistare una sola termocamera per tutte queste applicazioni. È per questo che esiste una grande varietà di dispositivi con differenti specifiche.

Criteri per la scelta di una termocamera

Per alcune applicazioni è sufficiente una visualizzazione generale di grandi differenze di temperatura, mentre altre applicazioni richiedono una visualizzazione più dettagliata delle differenti temperature. Qui di seguito indichiamo alcuni aspetti importanti che aiuteranno a capire se una termocamera è adatta per l'uso specifico a cui è destinata:

- Uso mobile o da installazione fissa
- Range di temperatura
- Sensibilità termica della termocamera
- Risoluzione geometrica del sensore a infrarossi
- Range spettrale
- Frequenza delle immagini della termocamera
- Posizione del punto più caldo e più freddo
- Possibilità di sovrapporre l'immagine reale
- Possibilità di registrare immagini nella termocamera
- Interfaccia per trasmissione dati
- Protezione contro urti, sporco e umidità
- Termocamera con sensori aggiuntivi

Termocamera per uso mobile o da installazione fissa
La termocamera deve essere installata in un punto fisso o si vuole utilizzare in vari punti?

Una termocamera da installazione fissa fissa viene solitamente montata nello stesso posto e funziona a una distanza fissa. I dispositivi a installazione fissa vengono utilizzati principalmente nello sviluppo e nel controllo qualità delle parti elettroniche. Ma vengono utilizzati anche nel controllo della produzione nei processi dipendenti dalla temperatura, per il conteggio delle persone o nei sistemi di sicurezza. Nei processi automatizzati, dove la qualità deve essere garantita, la termocamera da installazione fissa fissa misura in modo continuo il valore della temperatura del processo. Il software adattato alle caratteristiche del processo consente l'identificazione e lo smaltimento automatico dei prodotti con temperatura differente. Ad esempio, la termocamera da installazione fissa fissa della serie PCE-PI integra un'interfaccia Ethernet in modo da poter essere integrata in un sistema di controllo. La termocamera offre immagini termiche in tempo reale, consentendo un intervento immediato nel processo in caso di deviazioni di temperatura.

La termocamera portatile può essere utilizzata in luoghi diversi, per cui deve essere alimentata indipendentemente dalla rete ed essere facile da trasportare. Molti dispositivi sono leggeri, maneggevoli e con design a forma di pistola. Questo tipo di termocamera, come le fotocamere digitali, è dotato di uno schermo disposto in modo che l'immagine termica e l'immagine reale coincidano. La telecamera può essere facilmente orientata verso l'area da visualizzare e posizionata a una distanza ideale. Per realizzare indagini termiche che richiedono molto tempo è necessario tenere conto dell'autonomia della termocamera e della possibilità di ricaricare il dispositivo o sostituire la batteria.

Range di misura della temperatura della termocamera
Il sensore della termocamera può misurare solo in determinato range di temperatura con la precisione indicata. Il range di temperatura può essere abbastanza ridotto, come ad esempio i dispositivi per il controllo di processi o per questioni mediche, sebbene possano coprire anche un range di 400 gradi, ad esempio da -20 a +380 ºC. Alcune apparecchiature possono essere calibrate in un intervallo parziale per ottenere una maggiore precisione. Se è necessaria una termocamera per temperature molto alte o molto basse, assicurarsi che l'intervallo di misurazione copra la temperatura desiderata. Tuttavia, quando le temperature sono inferiori a -50 ºC, l'intensità della radiazione emessa è così bassa che la misurazione con i sensori attualmente disponibili per le termocamere è molto difficile da ottenere.

Sensibilità termica della termocamera – valore NETD
La sensibilità termica indica in che modo la termocamera riesce a catturare le differenze di temperatura. Questo valore di solito è espresso in millikelvin, anche se talvolta può essere espresso in Kelvin. I valori tipici sono 70, 80, 100, 150 o 300 millikelvin. Nelle specifiche della termocamera, questo valore si trova anche sotto il nome NETD value (Noise Equivalent Temperature Difference). Ci sono raccomandazioni che dicono che la sensibilità termica di una termocamera dovrebbe essere l'1% del range di temperatura. Ciò significa che per differenze di temperatura di 30 Kelvin in un'immagine termica, è sufficiente una risoluzione di 0,3 Kelvin, ovvero 300 millikelvin, per ottenere una buona immagine.

Risoluzione geometrica del sensore a infrarossi della termocamera
La termocamera converte la radiazione infrarossa di una determinata area in una immagine radiometrica, in cui è leggibile attraverso una scala cromatica la temperatura di ogni singolo pixel. Più singoli punti di immagine rileva il sensore a infrarossi, più dettagliata sarà l'immagine nel display della termocamera rispetto alle differenze di temperatura. Rispetto alla risoluzione di una camera ottica per immagine reale, l'informazione della risoluzione dell'immagine a infrarossi pare scarsa. Tuttavia, ogni pixel contiene informazione sulla radiazione infrarossa e pertanto sulla temperatura superficiale dell'area visualizzata. Un buon sensore a infrarossi ottiene una risoluzione di 640 x 480 pixel.

Per controllare i collegamenti negli armadi di distribuzione, non è necessario avere una termocamera ad alta risoluzione. In certi casi può essere utile un multimetro digitale con sensore a infrarossi integrato in grado di indicare un'immagine termica in modalità termografia. Con una risoluzione di soli 38 x 38 pixel si ottengono immagini conclusive per questo tipo di lavoro. Le termocamere a bassa risoluzione sono adatte anche per il controllo della temperatura in macchine e veicoli in movimento. Nell'immagine termica è possibile visualizzare le differenze di temperatura tramite la presentazione a colori e anche la posizione dei componenti critici.

Una termocamera per il lavoro di indagine in un cantiere dovrebbe avere un'alta risoluzione, per poter interpretare correttamente le differenze di temperatura. I dispositivi con buona risoluzione mostrano con nitidezza le differenze di temperatura nei ponti termici. Per la forma del range freddo e caldo è possibile ricavare conclusioni attendibili, sia che si tratti di linee di installazione, elementi costruttivi, modifiche materiali o indebolimento di una sezione trasversale. Le nicchie dei muri, spesso presenti negli edifici più vecchi dove si trovano cassette postali o scatole di fusibili, possono causare la formazione di rugiada e muffa su quel lato della casa. Nei casi in cui si desidera semplicemente posizionare i tubi del riscaldamento o dell'acqua, di solito è sufficiente lavorare con una termocamera a bassa risoluzione.

Campo visivo della termocamera – Field of View (FOV)
Il campo visivo (FOV), il punto di misurazione (IFOV) e la distanza di misurazione sono particolarmente importanti nel campo della termografia dove è importane captare dettagli o dove è difficile accedere al punto di misurazione. Alcune serie di telecamere consentono di offrire obiettivi diversi. Spesso vengono indicati in una tabella tutti gli obiettivi selezionabili della termocamera, e la dimensione del campo visivo e la dimensione dell'oggetto assegnato a un pixel sono indicate con il rispettivo obiettivo per determinate distanze. Per ogni lente è indicata anche la distanza minima dall'oggetto da misurare.

Il campo visivo di una termocamera indica il campo visivo orizzontale (HFOV) e il campo visivo verticale (VFOV) per i quali è progettato l'obiettivo della termocamera. Le informazioni sul campo visivo possono anche apparire nelle specifiche del dispositivo sotto la denominazione inglese Field of View (FOV). L'area coperta dalla termocamera aumenta quanto più la termocamera si allontana dall'irradiazione di oggetti. Ad esempio, un campo visivo di 30 gradi acquisisce un'area di misurazione di:

• larghezza di 268 mm a una distanza di 0,5 m
• larghezza di 536 mm a una distanza di 1,0 m
• larghezza di 1072 mm a una distanza di 2,0 m
• larghezza di 1608 mm a una distanza di 3,0 m

Il punto di misurazione della termocamera – Instantaneous field of View (IFOV)
Il punto di misurazione di una termocamera di solito è indicato nei dati tecnici del dispositivo come IFOV (Instantaneous Field of View). Tale valore descrive la dimensione dell'oggetto più piccolo la cui temperatura può essere misurata. È il risultato della superficie del rivelatore, del campo visivo dell'ottica di misurazione e della distanza dall'oggetto da misurare. Il valore 4,53 mrad significa che ad una distanza di 1 m dalla superficie di misurazione, l'area assegnata a un singolo pixel ha una lunghezza del bordo di 4,53 mm. La distanza della misura e la dimensione dei pixel sono proporzionali tra loro. Se la distanza dalla termocamera alla superficie di misurazione viene triplicata, anche la dimensione dell'area registrata per il singolo pixel viene triplicata. Più piccolo è il punto di misurazione, più dettagliata sarà la rappresentazione delle differenze di temperatura nella termografia. Se si vuole rilevare la temperatura di aree molto piccole, assicurarsi che l'oggetto da misurare non sia più piccolo ma, se possibile, due o tre volte più grande del punto di misurazione. Dovrebbe essere possibile acquisire immagini 2 x 2 o 3 x 3 con i dettagli desiderati con la termocamera.

La distanza di misurazione della termocamera
Al momento di scegliere una termocamera, è importante tenere presente, in funzione dell'area di applicazione, qual è la distanza di misurazione più piccola e che dimensioni del punto di misurazione risultano dalle distanze abituali. Non ha senso utilizzare la stessa termocamera per controllare lo sviluppo del calore dei componente elettronici più piccoli per ottenere immagini termografiche delle facciate dei grandi edifici.

Il range spettrale del sensore della termocamera
I sensori a infrarossi convenzionali rilevano radiazioni a lunghezze d'onda corte con un range di circa 3-5 micron o a lunghezze d'onda lunghe con un range da 8 a 14 micron. Nella gamma delle onde lunghe, l'atmosfera ha una permeabilità quasi illimitata, ed è possibile effettuare misurazioni a grandi distanze. Nella gamma delle onde corte, anche molti gas che sono componenti naturali dell'atmosfera emettono radiazioni infrarosse. L'anidride carbonica è uno di questi. Questa proprietà permette di misurare la temperatura dille fiamme e dei gas di combustione con la termocamera.
Per poter sfruttare i vantaggi della temperatura senza contatto per controllare i processi ad alta temperatura, si utilizzano sensori con range spettrale particolarmente regolato. Ecco alcuni esempi:

• Lunghezza d'onda di 0,8 ... 1,1 mm con una temperatura di 600 ... 3000 °C in colata continua di metalli o vetro
• Lunghezza d'onda di 1,4 ... 1,6 mm con una temperatura di 300 ... 1200 °C durante la tempera dei metalli e la produzione della ceramica
• Lunghezza d'onda di 3,0 ... 5,0 mm con una temperatura di 100 ... 500 °C quando si saldano elementi elettronici nella produzione in ceramica
• Lunghezza d'onda di circa 3,9 mm con una temperatura di 600 ... 1250 °C per misurare la temperatura di fiamme, per esempio nelle camere di combustione
• Lunghezza d'onda di 4,8 ... 5,2 mm con una temperatura di 200 ... 1250 °C per superfici di vetro nella produzione del vetro

I vetri convenzionali e le plastiche trasparenti sono trasparenti alla luce visibile e alla radiazione a infrarossi vicina, ma non agli infrarossi a onde lunghe, quindi una termocamera a lunghezza d'onda lunga non riesce a misurare oggetti attraverso finestre o schermi di visualizzazione, ma misura la temperatura della superficie del vetro. Questo è il motivo per cui le persone che portano gli occhiali si distinguono nelle immagini termiche. Per le misurazioni attraverso le finestre, ci sono speciali occhiali trasparenti.

Frequenza delle immagini della termocamera
La frequenza immagine indica il numero di immagini al secondo scattate dalla termocamera. Per molte applicazioni è sufficiente una frequenza di immagine di 1 Hz, ovvero un'immagine termica al secondo. Un'elevata frequenza delle immagini è importante quando si vuole controllare lo sviluppo di calore nei componenti attivi o nei processi in corso. Una alta velocità di fotogrammi è vantaggioso anche quando si riprendono immagini termiche con una telecamera in movimento o quando l'oggetto da esaminare è in movimento.

Termocamera con localizzazione del punto più caldo e più freddo
Una speciale funzione per ottenere una rapida localizzazione e valutazione qualitativa delle temperatura estreme nella visualizzazione è il punto di temperatura massimo e minimo nell'immagine termica con l'indicazione del valore numerico in gradi centigradi. Poiché anche la marcatura di questi due punti può interferire con la valutazione dell'immagine, spesso è possibile scegliere nel menu della termocamera se questa funzione deve essere attiva o meno. Quando si interpretano i valori numerici, si deve tener conto che la misurazione della temperatura attraverso la radiazione infrarossa può essere distorta da determinate proprietà del materiale.

Sovrapposizione dell'immagine a infrarossi e l'immagine reale della termocamera Una termocamera portatile generalmente è dotata, oltre al sensore a infrarossi, di una fotocamera digitale, in modo che oltre all'immagine termica è possibile scattare anche un'immagine reale della zona esaminata. Entrambe le immagini, quella infrarossa e quella reale, si sovrappongono a diverse intensità, in modo che si possano evidenziare meglio i punti critici e ottenere una migliore documentazione. Anche alcune termocamere a installazione fissa sono dotate di una fotocamera digitale per ottenere immagini reali.

Possibilità di registrazione di immagine e interfaccia per trasferimento dati
Una termocamera portatile le cui registrazioni devono essere utilizzate per documentare le ispezioni deve disporre di una ampia memoria. Di solito, quando si scattano immagini termografiche di edifici o impianti tecnici, non si ha la possibilità di trasferire immediatamente i risultati. Pertanto, la memoria disponibile nella termocamera deve essere sufficientemente grande per salvare le immagini desiderate. Un'altra possibilità è che la termocamera sia dotata di una memoria rimovibile. Le termocamere fisse di solito trasferiscono i dati immediatamente a un PC o a una rete.

Per poter trasferire le immagini riprese, sia l'immagine a infrarossi che l'immagine reale con le loro sovrapposizioni, molte termocamere mobili integrano un'interfaccia USB o micro USB.

Protezione da urti, sporcizia e umidità
Sia le telecamere mobili che quelle fisse possono essere equipaggiate in modo tale da essere utili anche in condizioni ambientali difficili. Per proteggere il sensore, l'elettronica di valutazione e il monitor da danni, l'alloggiamento di una termocamera può, da un lato, essere dotato di elementi di protezione speciali per attenuare la pressione meccanica. Nel caso di una termocamera progettata per le operazioni di soccorso dei vigili del fuoco, il funzionamento di questi elementi protettivi viene verificato in test di caduta standardizzati e altre prove. Gli alloggiamenti possono essere progettati per essere particolarmente resistenti a corpi estranei e umidità. Per definire queste proprietà viene utilizzata la classificazione internazionale dei gradi di protezione IP.

Termocamera con sensori aggiuntivi
Sensori aggiuntivi integrati nel dispositivo facilitano l'applicazione per aree di utilizzo speciali.

Una termocamera con termoigrometro integrato è molto utile per valutare il rischio di condensa e analizzarne le cause. La misurazione aggiuntiva della temperatura e dell'umidità consente di calcolare la temperatura del punto di rugiada. Oltre a visualizzare un'immagine termica, la termocamera indica anche la temperatura ambiente attuale, l'umidità dell'aria e il punto di rugiada calcolato. Se la temperatura del punto di rugiada calcolata è superiore al valore di temperatura più basso dell'immagine termica, è possibile controllare in modo specifico tutti quei punti in cui la temperatura è inferiore. Ci sono alcune cause che possono distorcere la rappresentazione della temperatura nell'immagine a infrarossi. Pertanto, i valori più evidenti dovrebbero essere verificati prima con l'immagine reale della termocamera e poi, se necessario, misurati direttamente sul posto.

Un multimetro con termocamera è molto pratico per controllare quadri elettrici e installazioni elettriche. I dispositivi raramente sono più grandi di altri multimetri digitali e possono visualizzare un'immagine termica sullo schermo dove vengono visualizzati in genere i valori di misura. Ciò significa che componenti o collegamenti difettosi possono essere rilevati molto rapidamente e sostituiti. Questi multimetri per immagini termiche sono in genere piccoli, leggeri e robusti. Questi dispositivi combinati possono trasmettere dati anche tramite Bluetooth.

Termocamera: Normative per dispositivi e applicazioni

Nel 2016 e negli anni successivi sono stati fondamentalmente rivisti o creati nuovi importanti standard sui termini termografici, sui metodi termografici e sui diversi dispositivi di misurazione termografica. Ecco un riassunto come guida:

• ISO 10878 ottobre 2013
Test non distruttivi. Termografia a infrarossi. Terminologia.
• ISO 10880 febbraio 2017
Test non distruttivi - Test termografici infrarossi. Principi generali.
• ISO 18251 Parte 1febbraio 2017
Test non distruttivi. Test termografici infrarossi. - Caratteristiche del sistema e dotazioni.
• DIN EN 16714 novembre 2016
Test non distruttivi. Test termografico;
Parte 1– Principi generali;
Parte 2 – Dispositivo;
Parte 3 – Termini e definizioni
• DIN EN 17119 ottobre 2018
Test non distruttivi. Test termografici. Termografia attiva.
• DIN 54184 ottobre 2017
Non-destructive testing - Impuls thermography using optical excitation (inglese)
• DIN 54183 febbraio 2018
Test non distruttivi. Analisi termografica. Termografia eccitata a induzioni
• DIN 54191 ottobre 2017
Test non distruttivi. Test termografici per impianti elettrici
• 14VDI/VDE 5585 Foglio 1 marzo 2018, Correzione maggio 2018
Technical temperature measurement. Temperature measurement with thermographic cameras. Metrological characterisation (inglese)

Calibrazione di una termocamera

La linea guida VDE per la calibrazione delle termocamere - VDI / VDE 5585 Foglio 2- è attualmente (a partire da settembre 2020) ancora in fase di sviluppo. In questa linea guida, le procedure uniformi per la calibrazione di una termocamera devono essere regolamentate attraverso i seguenti contenuti: Tracciabilità con l'ITS-90, procedure e geometrie di calibrazione, radiatori di riferimento e incertezze di misura.

Per le applicazioni in cui la termocamera deve misurare in modo affidabile le temperature o rilevare in modo affidabile la deviazione dai valori limite di temperatura, si consiglia una calibrazione periodica per il range di temperatura corrispondente. La calibrazione è una misura comparativa che determina se i valori misurati dalla termocamera rientrano nella precisione specificata dal produttore del dispositivo. Per fare ciò vengono definiti e misurati i punti di misura sia con la termocamera da tarare sia con uno standard di confronto meglio definito. In genere, vengono utilizzati calibratori speciali per termocamere e altri termometri di misurazione senza contatto. Queste sorgenti di radiazione di corpo nero con fattori di emissione compresi tra 0,95 e 0,98 vengono riscaldate a valori di temperatura fissi. La termocamera misura la temperatura superficiale del corpo nero e la confronta con i valori impostati. I dati di tali misurazioni sono indicati nel certificato di calibrazione.

In condizioni adeguate, i valori misurati possono essere controllati rapidamente e senza sforzo in loco, anche senza un laboratorio di calibrazione. A questo scopo, il valore di misura dalla termocamera viene confrontato con quello di un termometro a contatto calibrato di uguale o maggiore precisione. Per evitare deviazioni di misura causate da errori di applicazione, informarsi sulle caratteristiche speciali della termometria a infrarossi. La linea guida VDI / VDE 3511 Foglio 4, Misura tecnica della temperatura - Termometria a radiazione, si occupa in particolare dell'influenza dell'emissività e della temperatura ambiente come possibili cause di errore nelle misurazioni della temperatura a infrarossi.

La termocamera ha avuto un grande sviluppo nel tempo. All'inizio i dispositivi erano molto grandi e ingombranti e venivano usati principalmente per operazioni militari per rendere visibile il nemico nelle operazioni notturne. Oggi sono dispositivi più piccoli e più gestibili. Inoltre, è difficile immaginare industrie, campi medici o istituti senza una termocamera. In molti settori, svolgono un lavoro fondamentale per garantire la sicurezza di strutture e persone.

Un dispositivo di misurazione adatto non solo nelle ispezioni di edifici, ma soprattutto per la manutenzione preventiva e la revisione di macchinari e impianti. Oggi siamo tutti consapevoli che le nostra riserve di energia sono limitate, e pertanto più preziose. Una termocamera può aiutare a rendere visibili i problemi da isolamento e altre anomalie in modo più rapido, per risparmiare energia. Una termocamera è molto utile per il professionista in loco, poiché può utilizzarla per effettuare impianti di installazioni e impianti, così come lavori di sicurezza.