Proč termokamera občas „lže“
Když naměřené hodnoty nedávají smysl
Určitě se vám už stalo, že jste při měření termokamerou získali výsledek, který neodpovídal vašemu očekávání. Objekt, u kterého předpokládáte vyšší teplotu,d se na displeji jeví jako chladný, zatímco okolní plochy vypadají teplejší. Často to vede k domněnce, že termokamera měří nesprávně nebo že došlo k technické chybě.
Ve skutečnosti však termokamera obvykle pracuje správně. Důvodem zavádějících výsledků je způsob, jakým termokamera získává data. Neměří teplotu přímo, ale snímá infračervené záření a z něj teplotu dopočítává. Právě v tomto rozdílu vzniká většina chyb v interpretaci.
Co termokamera skutečně měří
Termokamera zaznamenává množství infračerveného záření, které dopadá na její senzor. Nedokáže rozlišit, zda toto záření pochází přímo z měřeného objektu, nebo zda jde o odraz tepla z okolí. Výsledná teplota je vždy výpočtem založeným na předpokladech o vlastnostech měřeného povrchu.
Pokud povrch infračervené záření dobře vyzařuje, je výsledek měření obvykle velmi přesný. Pokud jej však převážně odráží, může být zobrazená teplota výrazně zkreslená, přestože termokamera funguje bezchybně.
Emisivita jako nejčastější zdroj chyb
Emisivita určuje, jak efektivně materiál vyzařuje infračervené záření. Materiály s vysokou emisivitou se chovají jako dobré zářiče, zatímco materiály s nízkou emisivitou většinu záření nevyzařují, ale odrážejí.
Pokud je emisivita v termokameře nastavena nesprávně nebo ponechána na výchozí hodnotě při měření nevhodného povrchu, výsledná teplota nebude odpovídat skutečnosti. Termokamera v takovém případě nezobrazuje skutečnou teplotu objektu, ale kombinaci jeho vlastního záření a odraženého tepla z okolního prostředí.
Proč termokamera „nelže“
Zdánlivě chybný výsledek často neznamená, že by termokamera měřila špatně. Naopak velmi přesně zobrazuje fyzikální realitu. K nesprávné interpretaci dochází tehdy, když nejsou zohledněny vlastnosti měřeného povrchu, zejména jeho emisivita.
Aby bylo možné tyto jevy správně pochopit, je nutné se seznámit se základním referenčním pojmem celé termografie – černým tělesem.
Co je černé těleso
Černé těleso je ideální fyzikální model objektu, který dokonale pohlcuje veškeré dopadající elektromagnetické záření a zároveň vyzařuje maximální možné množství infračerveného záření odpovídající své teplotě. Jeho emisivita má hodnotu 1,0, což znamená, že neodráží žádné záření z okolí a žádné nepropouští.
V reálném světě takový objekt neexistuje, ale černé těleso slouží jako teoretický standard, ke kterému se vztahují všechny ostatní materiály.
Proč se černé těleso používá jako referenční bod
Termokamery jsou kalibrovány vůči zdrojům, které se chovají velmi podobně jako černé těleso. Pouze v tomto případě existuje jednoznačný vztah mezi teplotou objektu a množstvím vyzářeného infračerveného záření.
Jakmile se měřený povrch svým chováním od ideálního černého tělesa odchyluje, vstupují do měření další vlivy, především odraz infračerveného záření z okolí. Tyto vlivy mohou výrazně ovlivnit výslednou hodnotu zobrazenou termokamerou.
Jak se reálné materiály černému tělesu přibližují
Mnoho běžných materiálů má vysokou emisivitu a svým chováním se černému tělesu velmi blíží. Typicky jde o matné, drsné a tmavé povrchy, jako jsou plasty, guma, dřevo, beton, omítka nebo lakované a oxidované kovy. U těchto materiálů bývá měření termokamerou spolehlivé i bez složitého nastavování.
Naopak lesklé a kovové povrchy mají emisivitu nízkou. Tyto materiály infračervené záření špatně vyzařují a ve velké míře jej odrážejí. Termokamera pak nezobrazuje skutečnou teplotu objektu, ale převážně teplotu okolního prostředí.
Praktický význam černého tělesa při měření
Pochopení principu černého tělesa umožňuje správně interpretovat termální obraz. Uživatel si uvědomí, že termokamera neměří teplotu přímo, ale vždy pracuje s infračerveným zářením a jeho výpočtem.
V profesionální praxi se černé těleso využívá také ve formě kalibračních zdrojů, které slouží k ověřování přesnosti termokamer. Tyto zdroje pomáhají odlišit chybu měření způsobenou přístrojem od chyby způsobené vlastnostmi měřeného povrchu.
Proč je pochopení černého tělesa klíčem ke správné interpretaci
Jakmile pochopíte roli černého tělesa, přestanou vás zdánlivě nelogické výsledky měření překvapovat. Uvědomíte si, že každý reálný objekt se ideálnímu černému tělesu pouze přibližuje a že přesnost měření závisí na tom, jak dobře dokážete zohlednit jeho vlastnosti.
Právě zde se rozhoduje o tom, zda termokamera poskytne spolehlivý diagnostický výsledek, nebo pouze vizuálně působivý, ale zavádějící obraz.