Termal Görüntülemenin Temelleri

Kestirimci bakım uygulamaları arasında sayılan ve en basit ancak etkili bir yöntem olarak bilinen yöntem Termal Görüntüleme yöntemidir.

Termal görüntüleme yöntemi genel kanı olarak en basit yöntem olarak düşünülse de bu düşünceye katılmadığımı belirtmek isterim.

Bunun sebebini de bu yöntem ile ilgili hazırlamış olduğum yazı dizisini okuduğunuzda daha iyi anlayacağınız kanaatindeyim.

Bu yazımda termal görüntüleme ancak sektörde bilinen tanımı “Termal Kamera Kullanımı” ile ilgili temel bilgiler vermeye çalışacağım.

Mutlak sıfırın üzerinde sıcaklığa sahip her nesne kızıl ötesi radyasyon yayar ve bu radyasyon insan gözü ile görülemez.

Josef Stefan ve Ludwig Boltzmann isimli fizikçiler 1884 yılında cismin sıcaklığı ile yaydığı kızılötesi radyasyonun yoğunluğu arasında bir korelasyon olduğunu kanıtlamışlardır.

Termal görüntüleyiciler görüş alanı içinde aldığı uzun dalga kızılötesi radyasyonu ölçer ve bu sayede nesnenin sıcaklığını hesaplarlar.

Bu hesaplamada nesnenin yüzeyinin emisivitesi  (ε) ve yansıtılan sıcaklık dengelemesi (RTC) faktörü dikkate alınır. Bu değerler ise cihaz üzerinde manuel olarak ayarlanabilmektedir.

Dedektörün her pikseli ekranda gösterilen bir sıcaklık noktasını temsil etmektedir.

Emisyon, Yansıma ve İletim

Emisivite (ε)

ε, yüzey özelliklerine, malzeme ve bazı malzemeler için ölçüm nesnesinin sıcaklığına ve kullanılan termal görüntüleyicinin spektral aralığına göre değişim gösterir.

• Maksimum emisivite: ε=1 ‘dir.

• Gerçek cisimler: ε < 1, çünkü gerçek cisimler radyasyonu  da yansıtır ve muhtemelen iletir.

• Birçok metal olmayan malzeme (PVC, beton, vs) sıcaklıktan bağımsız olarak uzun dalga kızılötesi aralığında yüksek emisiviteye sahipdirler. (ε = 0,8 – 0,95)

• Metaller ise özellikle parlak yüzeyli olanlar sıcaklıkla dalgalana düşük emisiviteye sahiptirler.

Yansıtma (ρ)

Bir malzemenin kızılötesi radyasyon yansıtma yeteneğinin ölçüsüdür.

• ρ, yüzey özelliklerine sıcaklığa ve malzeme türüne bağlıdır.

• Pürüzsüz ve cilalı yüzeyler aynı malzemeden yapılmış pürüzlü ve mat yüzeylerden daha güçlü yansıma yaparlar.

• Yansıyan radyasyonun sıcaklığı termal görüntüleyicide (RTC) manuel olarak ayarlanabilir.

• RTC birçok ölçüm uygulamasında, özellikle de iç mekan termografisinde ortam sıcaklığına karşılık gelir.

Geçirgenlik (τ)

Geçirgenlik τ, bir malzemenin kızılötesi radyasyonu iletme (geçirme) yeteneğinin ölçüsüdür.

• τ, malzemenin türüne ve kalınlığına bağlıdır.

• Çoğu malzeme, uzun dalga kızılötesi radyasyona geçirgen, yani geçirebilir değildir.

Bu parçaların toplamı her zaman 1 olarak kabul edilir.

                              ε + ρ + τ = 1

İletim pratikte nadiren rol oynadığı için iletim τ ihmal edilir.

                              ε + ρ = 1

Ne kadar düşük emisivite;

• O kadar yüksek yansıyan kızılötesi radyasyon oranı

• O kadar zor doğru sıcaklık ölçümü

• O kadar önemli RTC -  yansıyan sıcaklık telafisi demektir.

Emisyon ve yansıma arasındaki korelasyon

1. Yüksek emisiviteye sahip nesnelerin ölçülmesi (ε ≥ 0,8)

• Düşük yansıtma oranına ρ sahiptir.

• Sıcaklıkları cihaz ile çok doğru bir şekilde ölçülürler.

2. Orta emisiviteye sahip nesnelerin ölçülmesi (0,6 < ε < 0,8)

• Orta yansıtma oranına sahiptir.

• Sıcaklıkları cihaz ile doğru ölçülebilir

3. Düşük emisiviteye sahip nesnelerin ölçülmesi (ε ≤ 0,6)

• Yüksek yansıtma oranına sahiptirler

• Cihaz ile ölçümü mümkündür ancak değerler doğrulanmalıdır.

Emisivite ayarının doğru olduğundan emin olmak, ölçüm nesnesi ile ölçüm ortamı arasında büyük sıcaklık farkları olduğunda özellikle önemlidir.

1. Ölçüm nesnesinin sıcaklığının ortam sıcaklığından yüksek olduğu durumlarda (radyatörü dikkate alınız)

• Aşırı yüksek emisivite ayarları, aşırı düşük sıcaklık okumalarına neden olur (kamera 2)

• Aşırı düşük emisivite ayarları, aşırı yüksek sıcaklık okumalarına neden olur (kamera 1)

2. Ölçüm nesnesinin sıcaklığının ortam sıcaklığından düşük olduğu durumlarda      (kapıyı dikkate alınız)

• Aşırı yüksek emisivite ayarları, aşırı yüksek sıcaklık okumalarına neden olur (kamera 2)

Aşırı düşük emisivite ayarları, aşırı düşük sıcaklık okumalarına neden olur (kamera 1)

Önemli notlar

• Ölçülen nesnenin sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki fark ne kadar büyükse ve emisivite ne kadar düşükse, ölçüm hataları da o kadar büyük olur. Emisivite ayarı yanlışsa bu hatalar artar.

Kış mevsiminde dış ortamda PVC boru içinden geçen sıvının sıcaklığını öğrenmek istiyorsunuz. Emisivite değerini çok iyi belirlemeniz gerekir.

• Termal görüntüleme cihazlarıyla yalnızca yüzeylerin sıcaklıklarını ölçebilirsiniz. Bir şeyin içine veya içinden bakamazsınız.

Elektrik panosu ölçümleri yaparken özellikle yüksek gerilim panolarında kullanılan polikarbon koruma mutlaka kaldırılmalıdır.

• Cam gibi insan gözü için şeffaf olan birçok malzeme, uzun dalga kızılötesi radyasyona geçirgen değildir.

• Gerekirse, ölçüm nesnesinin üzerindeki tüm kaplamaların çıkartılması gerekir. Aksi takdirde termal görüntüleyici yalnızca örtünün yüzey sıcaklığını ölçecektir.

Pano odalarında termal görüntüleme cihazları yangın erken uyarı amaçlı kullanılması düşünülmektedir. Ancak pano kapakları kapalı tutulduğu ve ortam sıcaklığının mevsimsel değişimi düşünüldüğünde bu yöntem uygun değildir. 

• Yüzeyin altında bulunan elemanlar, ölçüm nesnesinin yüzeyinin sıcaklık dağılımını iletim yoluyla etkiliyorsa, ölçüm nesnesinin iç yapısı genellikle termal görüntüde tanımlanabilir. Bununla birlikte, termal görüntüleyici yalnızca yüzey sıcaklığını ölçer. Ölçülen nesne içindeki elemanların sıcaklık değerleri hakkında kesin bir ifade kullanmak mümkün değildir.

Kaynak: Testo