Pratikte termografi – 4. Pratik uygulamalarda ε ve RTC’nin belirlenmesi

Ölçüm nesnesi yüzeyinin emisivitesini belirlemek için:

• Verilen tablodaki emisivite değerine bakın (bkz. “Emisivite tablosu”)
• Dikkat: Emisivite tablosundaki değerler sadece rehber niteliğindedir. Ölçümünü yaptığınız nesne yüzeyinin emisivitesi, tablodaki değerden farklı olabilir.
• Bir temaslı termometreyi (ör. testo 905-T2 ya da testo 925) referans cihazı olarak kullanarak emisiviteyi belirleyin (bkz. “Temaslı termometre kullanım methodu”)
• Bir termal kamerayı referans cihazı olarak kullanarak emisiviteyi belirleyin (bkz. “Termal kamera kullanım methodu”)

Referans ölçümü vasıtasıyla emisivitenin belirlenmesi

Şekil 2.2 Temaslı termometre testo 905-T2

1. Temaslı termometre kullanım methodu

İlk olarak temaslı bir termometre (ör. testo 905-T2 ya da testo 925) ile nesnenin yüzey sıcaklığını ölçün. Şimdi önceden ayarlanmış bir emisivite ile nesnenin yüzey sıcaklığını termal kamera ile ölçün. Termometre ve termal kameranın ölçtüğü sıcaklık değerleri arasındaki fark, emisivitenin çok yüksek ayarlanmış olmasının sonucudur.

Yavaş yavaş emisivite ayarını düşürerek, temaslı ölçümde elde edilen değere karşılık gelene kadar ölçülen sıcaklığı değiştirebilirsiniz. Sonra ölçülen nesne yüzeyinin emisivite karşılığı olarak bu değeri ayarlayabilirsiniz.

Şekil 2.3 Yapışkan emisivite bandı

 2. Termal kamera kullanım methodu

İlk olarak, ölçüm nesnenize bir parça emisivite bandından (ör. Testo ısıya dayanıklı yapışkan emisivite bandı) yapıştırın. Kısa bir süre bekledikten sonra, bantlanmış alanda yapışkan bant için emisivite ayarı yapılmış termal kameranızı kullanarak nesnenin yüzey sıcaklığını ölçebilirsiniz.

Bu sıcaklık, sizin referans sıcaklığınızdır.

Şimdi, termal kamera, bant yapıştırılmamış alanda ölçülen referans sıcaklık ile aynı sıcaklığı ölçene kadar emisivite ayarını düzenleyebilirsiniz. Böylece emisivite ölçülen nesnenin yüzeyinin emisivitesi olarak ayarlanmış olur.

Emisivite bandına alternatif olarak yapabilecekleriniz:

• ölçüm nesnesini emisivitesi bilinen bir kaplama ile kaplayın ya da boyayın.
• ölçüm nesnesini ısıya dayanıklı kalın (> 0.13 mm) bir yağ tabakası (ε ≈ 0.82) ile kaplayın.
• ölçüm nesnesini kalın bir kurum tabakası (ε ≈ 0.95) ile kaplayın.

Yansıyan ışınım sıcaklığının belirlenmesi

Eğer ölçümünüzü etkileyebilecek tüm parazit kaynaklarını ortadan kaldırabilirseniz, yansıyan infrared ışınım sıcaklığı ortam sıcaklığı ile aynı olur. Ortam sıcaklığını testo 810 gibi bir hava termometresi ile ölçebilir ve termal kameranıza RTC değerini girebilirsiniz. Ayrıca, eğer ışınım kaynağı ölçüm ortamında mevcut ise, doğru bir ölçüm sonucu almak için yansıyan ışınım sıcaklığını belirlemek gerekir.

Bir Lambert radyatör kullanılarak yansıyan sıcaklık ölçümü

Şekil 2.4 Lambert radyatörü

 Lambert radyatör, optimum difüzyon ile gelen ışımayı yansıtan bir nesnedir. Bir termal kamera kullanarak Lambert radyatör üzerinde yansıyan ışınım sıcaklığını ölçebilirsiniz. Bu amaçla bir Lambert radyatör için buruşturulmuş bir parça alüminyum folyo uygun bir örnektir. Folyo yüksek yansıtma özelliğine sahiptir ve buruşuk yapısı sayesinde, ışınımın yansıma yayılımı mükemmele yakındır (bkz. Şek. 2.7, alüminyum folyonun sağ tarafı).

 

Yansıyan ışınımın sıcaklığını ölçmek için ölçüm nesnesinin yakınına ya da ideal olarak ölçüm nesnesinin yüzeyine bir Lambert radyatör yerleştirin. Sonra bir emisivite seti ile radyatörün sıcaklığını ölçün. Kamera, ışınım sıcaklığını hesaplayacaktır. Termal kameranıza bu değeri RTC olarak girin ve yüzeyin emisivitesini ayarlayarak ölçüm nesnesinin sıcaklığını ölçün.

Dikkat

• Dikkat: Her zaman ölçüm nesnesi için kullanım talimatlarını izleyin!
• Ölçüm nesnesi, kaplandığı ya da yapıştırıldığı zaman, doğru bir ölçümden önce bu kaplama ya da yapışkan bantın nesnenin sıcaklığı ile aynı seviyeye gelmesi gerekmektedir.

Teoride termografi – 3. Emisivite ayarı

Ölçümü yapılan nesne ve ölçüm ortamı arasında büyük sıcaklık farkları varsa, emisivite ayarının doğru yapılması özellikle önemlidir.

Şekil 2: Yanlış emisivite ayarının sıcaklık ölçümlerine etkileri

1. Ölçüm nesnesi sıcaklığının, ortam sıcaklığından yüksek olduğu yerlerde (bkz. Şek. 2’de gösterilen ısıtıcı):

• aşırı yüksek emisivite ayarlarının sonucu olarak aşırı düşük sıcaklık ölçüm sonuçları (bkz. kamera 2)
• aşırı düşük emisivite ayarlarının sonucu olarak aşırı yüksek sıcaklık ölçüm sonuçları (bkz. kamera 1)

2. Ölçüm nesnesi sıcaklığının, ortam sıcaklığından düşük olduğu yerlerde (bkz. Şek. 1.2’de gösterilen kapı):

• aşırı yüksek emisivite ayarlarının sonucu olarak aşırı yüksek sıcaklık ölçüm sonuçları (bkz. kamera 2)
• aşırı düşük emisivite ayarlarının sonucu olarak aşırı düşük sıcaklık ölçüm sonuçları (bkz. kamera 1)

Dikkat

Lütfen dikkat: Ölçüm nesnesinin sıcaklığı ve ortam sıcaklığı arasındaki fark büyükse ve emisivite düşükse, ciddi ölçüm hataları meydana gelebilir. Bu hatalar, emisivite ayarı yanlış yapılmışsa daha da artabilir.

İpuçları

• Bir termal kamera ile sadece yüzey sıcaklığını ölçebilirsiniz; herhangi bir şeyin içine bakamazsınız.
• Cam gibi transparan bazı malzemeler, uzun-dalga infrared ışınımını geçirgen değildir. (bkz. “Cam yüzeylerde ölçüm”)
• Gerektiğinde, ölçüm nesnesi üzerindeki herhangi bir kaplamayı ya da kapağı kaldırın, aksi takdirde termal kamera, nesnenin üzerindeki kaplamayı ya da kapağın yüzey sıcaklığını ölçecektir.
• Dikkat: Her ölçüm nesnesi için kullanma talimatlarını izleyin!
• Testo termal kameraların lens ve cam korumasının yapıldığı ince plastik levhalar ve germanyum gibi birkaç geçirgen malzeme bulunur.
• Yüzeyin altında yer alan elemanların, iletim yoluyla ölçüm nesnesinin yüzeyi üzerindeki ısı dağılımını etkilemesi durumunda, ölçüm nesnesinin iç tasarım yapısı genellikle termal görüntüde tespit edilebilir. Ancak unutulmamalıdır ki, termal kamera sadece yüzey sıcaklığını ölçer. Ölçüm nesnesi içinde bulunan elemanların sıcaklık değerleri hakkında kesin bir bildirimde bulunmak mümkün değildir.

Teoride termografi – 2. Emisyon, yansıma, iletim

 

Şekil 1.1: Emisyon, yansıma ve iletim

Kirchhoff kanunlarına göre ışınım enerjisinin korunumu

Termal kamera tarafından kaydedilen infrared ışınım aşağıdakileri içerir:

• ölçüm nesnesi tarafından yayılan ışınım;
• ortam ışınımının yansıması ve
• ölçüm nesnesi ışınımının iletimi.
• (bkz. Şek. 1.1)

Bunların toplamının her zaman 1 olduğu varsayılır (100 %):

ε + ρ + τ = 1

Pratikte nadiren bir rol oynayan iletim τ formülde ihmal edilebilir.

ε + ρ + τ = 1

Formülün basitleştirilmiş hali:

ε + ρ = 1

Termografi için bu şu anlama gelir:

Daha düşük emisivite,

• yansıyan infrared ışınımının payı daha yüksek,
• doğru bir sıcaklık ölçümü almak daha zor ve
• en önemlisi de; yansıyan sıcaklık doğru ayarlanmıştır.

Emisyon ve yansıma arasındaki ilişki

1. Yüksek emisiviteye sahip bir ölçüm nesnesi (ε ≥ 0.8):

• yansıması (ρ) düşüktür: ρ = 1 – ε
• termal kamera ile sıcaklığı kolaylıkla ölçülür.

2. Ortalama bir emisiviteye sahip ölçüm nesnesi (0.6 < ε < 0.8):

• yansıma (ρ) ortalamadır: ρ = 1 – ε
• termal kamera ile sıcaklığı kolaylıkla ölçülür.

3. Düşük emisiviteye sahip bir ölçüm nesnesi (ε ≤ 0.6):

• yansıma (ρ) yüksektir: ρ = 1 – ε
• termal kamera ile sıcaklığın ölçülmesi olasıdır, ancak sonuçları çok dikkatli yorumlamanız gerekir
• Sıcaklığın hesaplanmasında ana faktör olan yansıyan sıcaklığın (RTC) doğru ayarlanması önemlidir.

Teoride termografi – 1. Giriş

Sıcaklık ve ışınım

Mutlak sıfır noktasının üzerinde bir sıcaklığa sahip her nesne (0 Kelvin = -273.15 °C) infrared (IR) ışın yayar. İnsan gözü bu infrared ışını algılayamaz. 1884 yılında ünlü fizikçiler Josef Stefan ve Ludwig Boltzmann, vücut sıcaklığı ile yaydığı infrared ışınım arasında bir ilişki olduğunu kanıtlamışlardır.

Termal kamera ve termografi

Bir termal kamera, görüş alanı içerisindeki uzun-dalga infrared ışınımı ölçer. Buradan, ölçülecek olan nesnenin sıcaklığını hesaplar. Ölçüm nesnesinin yüzeyi için emisivite (e) ve yansıyan sıcaklık (RTC) hesaplama faktörleri, manuel olarak termal kamerada ayarlanabilir. Dedektördeki her piksel, renkli olarak ekranda gösterilen bir termal noktayı temsil eder.

Termografi (bir termal kamera ile sıcaklık ölçümü), pasif ve temassız bir ölçüm yöntemidir. Termal görüntü, bir nesnenin yüzeyi üzerindeki sıcaklık dağılımını gösterir. Bu nedenle, bir termal kamera ile bir nesnenin içine bakamazsınız.