Kappale

8.1 Lämpökameran ominaisuudet

Kappaleiden edistyminen:

Lämpökameran toimintaperiaate

Kaikki kappaleet, joiden lämpötila on korkeampi kuin absoluuttinen nollapiste (-273,15 ºC), säteilevät lämpöä. Lämpösäteily on infrapunasäteilyä eli sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on 0,8 μm – 1 mm. Lämpösäteilyn etenemistapa on samanlainen kuin näkyvällä valolla. Lämpösäteily etenee suoraviivaisesti ja voi joko absortoibua (=sitoutua) tai heijastua pinnoista ja läpäistä joitakin aineita. Vesi vaimentaa voimakkaasti lämpösäteilyä. Jo muutaman millimetrin vesikerros absorboi käytännössä kaiken lämpösäteilyn.

Lämpökamera on laite, joka muodostaa näkyvän kuvan katsottavasta kohteesta, kohteesta lähtevän lämpösäteilyn perusteella. Lämpökameran kuva näytöllä perustuu katsottavan kohteen pieniin lämpötilaeroihin. Nykyisten savusukelluskäyttöön tehtyjen lämpökameroiden lämpötilan erottelukyky on luokkaa 0,05 ºC. Eri materiaalit sitovat, heijastavat ja läpäiset lämpösäteilyä eri tavalla ja se vaikuttaa lämpökameran näkymään.

Lämpötilojen mittaaminen lämpökameralla

Lämpökamerat luokitellaan mittaaviin ja ei-mittaaviin lämpökameroihin. Savusukellukseen kehitetyt lämpökamerat ovat ei-mittaavia. Mittaavia lämpökameroita sen sijaan käytetään teollisuudessa ja tieteellisessä käytössä. Savusukelluskäyttöön valmistettu lämpökamera ei ole lämpömittari, vaan se on ensisijaisesti kamera. Lämpökameralla mitatun pintalämpötilan virhemarginaali on noin +/- 10%. Pintalämpötilan osoitin on tarkoitettu karkeaan mittaamiseen ja muutosten havaitsemiseen: kuumeneeko vai kylmeneekö.

Kappaleen tarkan lämpötilan määrittämiseksi tulee ottaa huomioon kappaleen emissiivisyys. Emissiivisyys vaikuttaa pintalämpötilan ohella kappaleen lähettämän lämpösäteilyn voimakkuuteen. Tätä kuvataan emissiivisyyskertoimella, jonka arvo on välillä 0 – 1. Teoreettisella ”mustalla kappaleella” tämä arvo on yksi. Tällainen kappale säteilee lämpöä kaikkein voimakkaimmin ja absorboi kaiken siihen osuvan lämpösäteilyn. Vastaavasti mikäli emissiivisyyskerroin on hyvin pieni, kuten kiiltävillä metallipinnoilla, ei kuumakaan kappale juuri säteile lämpöä.

Pintalämpötilan mittaus tapahtuu kohdistamalla lämpökameran näytön keskipisteen osoitin mitattavaan kohteeseen. Lämpökameroissa tarkennus on automaattinen lyhyeltä etäisyydeltä äärettömään saakka. Mittausalueen koko muuttuu etäisyyden mukaan. Etäämmällä mittausalue kasvaa. Lämpökamerassa lämpötila näkyy numeraalisena ja / tai palkkiasteikolla näytöllä. Huomaa alla olevissa kuvissa lämpötilaero. Kamera mittaa lämpötilan osoittimen kohdasta. Ensimmäisessä kuvassa osoitin näyttää huonelämpötilan ja toisessa kuvassa halogeenipolttimon pintalämpötilan.

Lämpötila1

Huonelämpötila

Lämpötila2

Halogen-polttimon lämpötila

Lämpökameroiden värinäyttöjärjestelmissä kuumat kohteet näkyvät eri väreinä lämpötilojensa mukaan. Kylmät kohteet näkyvät sen sijaan mustavalkoisena. Lämpökameroissa on lisäksi kaksi eri mittausaluetta. Kummallakin mittausalueella lämpökameralla on eri herkkyys, mikä parantaa kuvan laatua.

Bolometri-kameroissa näytön kalibrointi mittausalueen lämpötilaan tapahtuu noin 1-2 kertaa minuutissa ja kalibrointi kestää noin sekunnin. Kalibrointi näkyy näytöllä näytön pysähtymisenä tai nytkähdyksenä.

Talonpoltto5

Kuumat savukaasut näkyvät väreinä

Kurssikeskustelu