Det tekniske hjørne – Termiske kameraer – hvordan fungerer de, og hvad bruges de til?
Artiklen er leveret af Buhl & Bønsøe
Termiske kameraer anvendes i stigende grad inden for industri, byggeri, vedligeholdelse og teknisk inspektion. Teknologien gør det muligt at visualisere temperaturforskelle og identificere forhold, som ikke umiddelbart kan ses med det blotte øje.
Termografering kan blandt andet bruges til at opdage varmetab i bygninger, kontrollere elektriske installationer og undersøge mekaniske komponenter. Metoden kan dermed bidrage til energibesparelser, forebyggende vedligeholdelse og øget driftssikkerhed.
Men hvordan fungerer et termisk kamera egentlig, og hvilke tekniske forhold har betydning for måleresultaterne?
Hvad er et termisk kamera?
Et termisk kamera, også kaldet et termografikamera eller varmekamera, er et elektronisk måleinstrument, der registrerer infrarød stråling fra omgivelserne.
Alle genstande med en temperatur over det absolutte nulpunkt udsender infrarød stråling. Mængden og fordelingen af denne stråling afhænger blandt andet af genstandens temperatur og overfladens egenskaber.
Et termisk kamera registrerer strålingen og omsætter signalerne til et termografisk billede. Her vises temperaturforskelle typisk ved hjælp af forskellige farver eller gråtoner.
Det gør det muligt at identificere områder med afvigende temperaturer uden direkte kontakt med det undersøgte objekt.
Termografering er derfor en effektiv metode til at undersøge installationer, bygninger og tekniske komponenter, hvor temperaturforskelle kan indikere fejl eller uhensigtsmæssige driftsforhold.
Hvor anvendes termiske kameraer?
Termiske kameraer benyttes inden for en lang række områder, hvor temperaturmålinger og visualisering af varmefordeling kan give værdifuld information.
Industriel inspektion og vedligeholdelse
Inden for industrien anvendes termiske kameraer til kontrol af maskiner, produktionsudstyr og tekniske installationer.
Ved at identificere unormale temperaturstigninger kan termografering hjælpe med at opdage potentielle fejl, inden de udvikler sig til større driftsproblemer.
Det gælder eksempelvis overophedede elektriske forbindelser, motorer, lejer og andre mekaniske komponenter.
Sikkerhed og redningsarbejde
Termiske kameraer anvendes også af redningsmandskab til at lokalisere personer i mørke eller under vanskelige sigtforhold.
Teknologien kan eksempelvis være nyttig ved eftersøgninger og i røgfyldte områder, hvor almindelige kameraer har begrænsede muligheder.
Bygningsinspektion og energioptimering
Ved undersøgelse af bygninger kan termografering bruges til at identificere temperaturforskelle, der kan skyldes mangelfuld isolering, kuldebroer eller utætheder.
Resultaterne kan danne grundlag for yderligere undersøgelser og energiforbedringer.
Termiske kameraer kan dermed være et nyttigt værktøj ved både nybyggeri, renovering og energioptimering.
Observation af dyr og natur
Biologer, forskere og naturinteresserede anvender termiske kameraer til observation af dyr, særligt under dårlige lysforhold.
Teknologien gør det muligt at registrere varmeudstråling fra dyr uden nødvendigvis at benytte synligt lys.
Landbrug og fødevareproduktion
Inden for landbruget kan termografering blandt andet anvendes til overvågning af dyr, undersøgelse af afgrøder og kontrol af tekniske installationer.
Temperaturforskelle kan i visse tilfælde indikere forhold, der kræver nærmere undersøgelse.
Termografering – emission, transmission og refleksion
For at forstå, hvordan et termisk kamera fungerer, er det nødvendigt at kende nogle grundlæggende fysiske principper.
Den infrarøde stråling, som kameraet registrerer, kan bestå af tre forskellige bidrag: emission, transmission og refleksion.
Disse forhold har betydning for, hvordan kameraet fortolker strålingen og beregner temperaturen på det undersøgte objekt.
Transmission – når infrarød stråling passerer gennem materialer
Transmission beskriver et materiales evne til at lade infrarød stråling passere igennem sig.
Visse tynde plastmaterialer kan eksempelvis være delvist gennemsigtige for infrarød stråling inden for bestemte bølgelængdeområder.
Hvis et sådant materiale placeres foran en væg, kan kameraet derfor registrere stråling fra væggen gennem plastmaterialet.
Det betyder, at den målte temperatur ikke nødvendigvis svarer til plastmaterialets egen overfladetemperatur.
Mange almindelige byggematerialer og industrielle materialer er dog stort set uigennemsigtige for den infrarøde stråling, som traditionelle termografikameraer registrerer.
I disse tilfælde er transmissionen meget lille og kan ofte betragtes som ubetydelig.
Emission – materialets egen varmeudstråling
Emission beskriver et materiales evne til at udsende infrarød stråling.
Denne egenskab udtrykkes ved materialets emissionsgrad, også kaldet emissivitet.
Emissionsgraden afhænger blandt andet af materialetype, overfladestruktur, temperatur og bølgelængde.
En ideel sort stråler har en emissionsgrad på 1,0, svarende til 100 procent.
I praksis har almindelige materialer en lavere emissionsgrad. Beton kan eksempelvis have en emissionsgrad omkring 0,93, afhængigt af overfladens egenskaber.
En emissionsgrad på 0,93 betyder, at materialet udsender 93 procent af den stråling, som en ideel sort stråler ville udsende ved samme temperatur.
For uigennemsigtige materialer vil den resterende del af den registrerede stråling typisk være påvirket af refleksioner fra omgivelserne.
Refleksion – påvirkning fra omgivelserne
Refleksion opstår, når infrarød stråling fra omgivelserne bliver reflekteret af den overflade, som kameraet undersøger.
Det betyder, at kameraet ikke nødvendigvis kun registrerer objektets egen varmeudstråling.
Særligt blanke metaloverflader kan give betydelige refleksioner og dermed føre til misvisende temperaturmålinger.
For at opnå mere præcise resultater giver mange termografikameraer mulighed for at indstille både emissionsgrad og reflekteret tilsyneladende temperatur.
Disse indstillinger hjælper kameraet med at kompensere for overfladens egenskaber og påvirkningen fra omgivelserne.
Et praktisk tip ved termografering: Hvis et varmt eller koldt område mistænkes for at være en refleksion, kan kameraets betragtningsvinkel ændres.
Hvis området flytter sig eller ændrer udseende, når vinklen ændres, kan det være tegn på en refleksion frem for en reel temperaturforskel på objektets overflade.
Vigtige begreber ved valg af termisk kamera
Når der skal vælges et termisk kamera, er der flere tekniske specifikationer, som har betydning for anvendelsesmulighederne.
Det gælder blandt andet kameraets opløsning, termiske følsomhed, synsfelt og evne til at måle temperaturen på små objekter.
Display og billedvisning
Det termiske billede dannes ved, at kameraets detektor omsætter infrarød stråling til elektriske signaler.
Disse signaler behandles elektronisk og præsenteres som et billede på kameraets display.
Et stort og tydeligt display gør det lettere at analysere temperaturfordelingen og identificere mindre detaljer.
Et display på eksempelvis 3,5 tommer kan være en fordel ved mange inspektionsopgaver. Den nødvendige størrelse afhænger dog af arbejdsforholdene og kameraets øvrige funktioner.
Detektoropløsning – antallet af målepunkter
Et termografikameras detektoropløsning angiver, hvor mange individuelle målepunkter kameraet registrerer.
En opløsning på 160 × 120 pixels svarer eksempelvis til 19.200 målepunkter.
Jo højere opløsningen er, desto flere detaljer kan kameraet som udgangspunkt registrere.
Det har særlig betydning ved inspektion af små komponenter eller objekter, der befinder sig på større afstand.
Den nødvendige opløsning afhænger derfor af den konkrete opgave.
Termisk følsomhed – NETD
Et termisk kameras termiske følsomhed angives ofte ved betegnelsen NETD, som står for Noise Equivalent Temperature Difference.
NETD beskriver kameraets evne til at skelne mellem meget små temperaturforskelle.
Værdien angives typisk i millikelvin (mK).
Et kamera med en NETD på 100 mK har eksempelvis en termisk følsomhed svarende til 0,1 °C under de angivne målebetingelser.
Jo lavere NETD-værdi, desto mindre temperaturforskelle kan kameraet normalt skelne.
Det er vigtigt at være opmærksom på, at termisk følsomhed ikke er det samme som temperaturmålingens nøjagtighed.
Field of View – kameraets synsfelt
Field of View, forkortet FOV, beskriver det område, som kameraet kan registrere gennem sin optik.
Synsfeltet afhænger blandt andet af kameraets linse.
Et bredt synsfelt gør det muligt at undersøge større områder på kort afstand.
Det kan eksempelvis være en fordel ved indendørs bygningsinspektion, hvor pladsforholdene begrænser afstanden til det undersøgte objekt.
Et synsfelt på over 30 grader kan være hensigtsmæssigt til denne type opgaver.
Et smallere synsfelt kan omvendt være en fordel ved inspektion af mindre objekter på større afstand.
Mindste genkendelige objekt
Kameraets opløsning og optik har betydning for, hvor små detaljer der kan identificeres i det termiske billede.
En enkelt detektorpixel registrerer infrarød stråling fra et bestemt område af objektet.
Størrelsen af dette område afhænger blandt andet af afstanden mellem kameraet og objektet.
Jo længere væk objektet befinder sig, desto større område vil den enkelte pixel normalt dække.
Det har betydning for kameraets evne til at skelne små detaljer.
Mindste målbare objekt
Der er forskel på at kunne se et objekt i det termiske billede og at kunne måle dets temperatur præcist.
Det mindste målbare objekt beskriver den mindste størrelse, hvor kameraet kan foretage en tilstrækkeligt pålidelig temperaturmåling.
Et objekt skal normalt dække flere pixels for at opnå en sikker temperaturmåling.
Hvis objektet er for lille i forhold til kameraets opløsning og måleafstand, kan stråling fra omgivelserne påvirke måleresultatet.
Derfor bør både kameraets opløsning, optik og den forventede arbejdsafstand indgå i vurderingen ved valg af termografikamera.
Termografering som værktøj til teknisk inspektion
Termiske kameraer giver mulighed for hurtigt og kontaktløst at undersøge temperaturfordelingen på bygninger, installationer og industrielle komponenter.
Teknologien kan bidrage til at identificere potentielle fejl, reducere energitab og understøtte forebyggende vedligeholdelse.
Det er dog vigtigt at forstå, at et termisk kamera registrerer infrarød stråling og beregner temperaturer på baggrund af de registrerede signaler.
Materialernes emissionsgrad, refleksioner, måleafstand og omgivelsernes påvirkning har derfor betydning for resultatet.
Med den rette forståelse af disse forhold kan termografering være et værdifuldt redskab til både fejlfinding, kvalitetskontrol og optimering af tekniske installationer.
