Znaczenie temperatury otoczenia oraz jej określanie przy pomiarach termowizyjnych
T. Kruczek

    Na wynik termowizyjnego pomiaru temperatury ma wpływ wiele czynników. Pośród tych parametrów można wymienić emisyjność badanej powierzchni, temperaturę powietrza atmosferycznego, wilgotność powietrza, odległość kamery od obiektu, temperaturę elementów otoczenia. O ile pierwsze cztery parametry można względnie łatwo wyznaczyć przez odpowiedni pomiar, to z określeniem temperatury otoczenia wymaganej przy termowizyjnym pomiarze temperatury często występują problemy.
    Powszechnie wiadomo, że termowizyjne pomiary temperatury polegają na pomiarze strumienia energii radiacyjnej wychodzącej z powierzchni badanego obiektu. W najogólniejszym ujęciu, znając strumień energii radiacyjnej emitowanej przez badaną powierzchnię, wykorzystuje się następnie równanie Plancka opisujące emisję promieniowania cieplnego w funkcji długości fali oraz temperatury powierzchni. Na podstawie tego równania, znając zakres spektralny kamery, wyznaczana jest temperatura powierzchni emitującej promieniowanie cieplne.
    Problem jest jednak w tym, że do obiektywu kamery dociera strumień łączny energii promieniowania własnego badanej powierzchni (emisja własna) opisana przez prawo Plancka jak również energia promieniowania elementów otoczenia badanej powierzchni które dotarło do badanej powierzchni, a następnie się od niej odbiło. W teorii radiacyjnej wymiany ciepła suma tych dwóch strumieni nazywana jest jasnością. Aby układ obliczeniowy kamery mógł wyznaczyć temperaturę badanej powierzchni, musi być uwzględniony efekt promieniowania otoczenia padającego na badaną powierzchnię i odbijającego się od niej. Aby to wykonać potrzebna jest znajomość temperatury promieniującego otoczenia, a także współczynnika refleksyjności r dla badanej powierzchni. Nie ma jednak potrzeby wprowadzania do kamery wartości współczynnika r, ponieważ zrobiono to podając wartość współczynnika emisyjności ε. Dla ciał nie przepuszczających promieniowania zachodzi bowiem a+r=1, gdzie zgodnie z prawem Kirchhoffa współczynnik absorpcyjności jest równy współczynnikowi emisyjności czyli a= ε.
    Odnośnie temperatury otoczenia zagadnienie jest jednoznaczne gdy rozpatrywane otoczenie ma charakter izotermiczny i nie ma problemu z określeniem wartości jego temperatury. Takie przypadki występują na przykład podczas termowizyjnych badań obiektów znajdujących się w pomieszczeniach gdzie na ogół temperatura ścian jest w przybliżeniu wyrównana. Problem pojawia się gdy otoczenie składa się z kilku nieizotermicznych elementów. W takich przypadkach zaproponowano zastosowanie otoczenia zastępczego jednoelementowego o tzw. temperaturze ekwiwalentnej, majacego taki sam radiacyjny wpływ na badana powierzchnię jak otoczenie pierwotne. Do wyznaczania tej temperatury zastosowano metodę bilansu jasności i stosunków konfi-guracji używaną w obliczeniach radiacyjnej wymiany ciepła.
    Drugim interesującym i ważnym zagadnieniem jest ilościowa ocena wrażliwości wyniku po-miaru termowizyjnego na potencjalne błędy w określeniu temperatury otoczenia. Należy zaznaczyć, że wrażliwość ta rośnie wraz ze zmniejszaniem się współczynnika emisyjności badanej powierzchni i odwrotnie. Niezależnie od powyższej tendencji, wielkość tego wpływu zależna jest jeszcze od wzajemnej relacji pomiędzy wartością temperatury badanej powierzchni i otoczenia. Im niższa temperatura badanej powierzchni tym silniejszy jest wpływ błędów w określeniu temperatury otoczenia na wynik pomiaru. Przy emisyjności badanej powierzchni równej 1,0 wpływ temperatury otoczenia na wynik pomiaru termowizyjnego zanika.
    Podsumowując, w pracy przedstawiono podstawy zastosowanej metody bilansów jasności i stosunków konfiguracji, zasady obliczeń stosunków konfiguracji, wyniki przykładowych obliczeń oraz wyniki analizy wrażliwości pomiaru termowizyjnego na potencjalne błędy w określeniu wartości temperatury otoczenia. Określono także warunki kiedy wpływ temperatury otoczenia na wynik pomiaru jest najbardziej istotny oraz przedstawiono przykładowe praktyczne sposoby uformowania lub obniżenia jej negatywnego wpływu na wynik pomiaru.